6.4-bo'lim : Silindrli hajm
7. \(y = {x^2} - 6x + 9\) va \(y = - {x^2} + 6x - 1\) bilan chegaralangan hududni \(x = 8\) chiziq atrofida aylantirish natijasida olingan qattiq jismning hajmini silindrlar usulidan foydalaning.
Yechim
Muammoni biror joyda boshlashimiz kerak, shuning uchun "oddiy" ni boshlaylik.
Chegaralangan mintaqaning qanday ko'rinishini bilish ushbu turdagi muammolarning ko'pchiligiga yordam beradi, chunki biz maydon formulasini o'rnatish uchun barcha egri chiziqlar bir-biriga qanday bog'liqligini bilishimiz kerak va bizga grafik ko'pincha yordam beradigan integral uchun limitlar kerak bo'ladi.
Bu erda aylanish o'qi bilan chegaralangan hududning eskizi ko'rsatilgan.

Bizga birozdan keyin kerak bo'ladigan yuqorida ko'rsatilgan kesishish nuqtalarini olish uchun ikkita tenglamani o'rnatish va yechish kifoya.
\[\begin{align*}{x^2} - 6x + 9 & = - {x^2} + 6x - 1\\ 2{x^2} - 12x + 10 & = 0\\ 2\left( {x - 1} \right)\left( {x - 5} \right) & = 0\hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in} x = 1,\,\,\,x = 5 \hspace{0.25in} \Rightarrow \hspace{0.25in} \left( {1,4} \right)\,\,\,\,\& \,\,\,\,\left( {5,4} \right)\end{align*}\]Maslahat: Inqilobning qattiq jismining qanday ko'rinishini chizishga yaxshi urinib ko'ring va vakilli silindrda eskiz qiling.
E'tibor bering, buni qilish qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa siz juda ko'p ko'rinadigan odam bo'lmasangiz. Biroq, biz maydon formulasini yozishga borganimizda vakili silindrga ega bo'lish katta yordam berishi mumkin. Bundan tashqari, revolyutsiyaning qattiq jismining eskizisiz vakili tsilindrni olish qiyin bo'lishi mumkin. Shunday qilib, bu eskizlarni olish uchun qo'lingizdan kelganini qiling.
E'tibor bering, buni qilish qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa siz juda ko'p ko'rinadigan odam bo'lmasangiz. Biroq, biz maydon formulasini yozishga borganimizda vakili silindrga ega bo'lish katta yordam berishi mumkin. Bundan tashqari, revolyutsiyaning qattiq jismining eskizisiz vakili tsilindrni olish qiyin bo'lishi mumkin. Shunday qilib, bu eskizlarni olish uchun qo'lingizdan kelganini qiling.
2-qadam
Bu erda inqilobning qattiq qismining eskizi.

Bu erda vakillik silindrining bir nechta eskizlari. Chapdagi rasmda qattiq jismning old yarmi kesilgan vakili silindr ko'rsatilgan va o'ngdagi rasmda qattiq jismning orqa yarmining "simli ramkasi" bo'lgan vakili silindr ko'rsatilgan (i.e. qattiq jismning orqa yarmining chetlarini ifodalovchi egri chiziqlar).

3-qadam
Endi silindrning sirt maydoni uchun formulani topishimiz kerak. Chunki biz vertikal o'qda joylashgan silindrlardan foydalanamiz (i.e. \(y\) o'qiga parallel) biz bilamizki, maydon formulasi \(x\) nuqtai nazaridan bo'lishi kerak. Shuning uchun, egri chiziqlar tenglamalari \(x\) (bu holda ular allaqachon mavjud) jihatidan bo'lishi kerak.
Mana, biz kiritishimiz kerak bo'lgan turli miqdorlar bilan vakili silindrning yana bir eskizi.

E'tibor bering, biz barcha balandlikdagi "chiziqlar" ni haqiqiy egri chiziqlarga emas, balki aks ettirilgan egri chiziqlarga qo'yamiz. Bu biz ularni \(y\) o'qiga xalaqit bermaydigan joyga qo'yishimiz uchun qilingan.
Eskizdan biz silindrning \(x = 8\) chizig'ida markazlashtirilganligini va silindrning chap qirrasi qandaydir \(x\) da joylashganligini ko'rishimiz mumkin.
Tsilindrning radiusi aylanish o'qidan silindrning chap chetiga qadar bo'lgan masofadir (i.e. \(8 - x\)).
Tsilindrning yuqori qirrasi qattiq jismning yuqori qismini belgilovchi egri chiziq ustida joylashgan va \(x\) o'qidan \( - {x^2} + 6x - 1\) masofada joylashgan. Tsilindrning pastki qirrasi qattiq jismning pastki qismini belgilovchi egri chiziq ustida joylashgan va u erdan \({x^2} - 6x + 9\) masofada joylashgan. x‑o'qi. Keyin balandlik bu ikkalasining farqidir.
Shunday qilib, silindrning radiusi va kengligi,
\[{\mbox{Radius}} = 8 - x\hspace{0.25in}\hspace{0.25in}{\mbox{Width}} = - {x^2} + 6x - 1 - \left( {{x^2} - 6x + 9} \right) = - 2{x^2} + 12x - 10\]U holda silindrning maydoni,
\[\begin{align*}A\left( x \right) & = 2\pi \left( {{\mbox{Radius}}} \right)\left( {{\mbox{Height}}} \right)\\ & = 2\pi \left( {8 - x} \right)\left( { - 2{x^2} + 12x - 10} \right) = 2\pi \left( { - 80 + 106x - 28{x^2} + 2{x^3}} \right)\end{align*}\]4-qadam
Yakuniy bosqich - bu hajm uchun integralni o'rnatish va uni baholash.
1-bosqichdagi grafikdan biz qattiq jismdagi "birinchi" silindr \(x = 1\) da, "oxirgi" silindr esa \(x = 5\) da paydo bo'lishini ko'rishimiz mumkin. Bizning chegaralarimiz quyidagicha: \(1 \le x \le 5\).
Keyin hajm,
\[V = \int_{1}^{5}{{2\pi \left( { - 80 + 106x - 28{x^2} + 2{x^3}} \right)\,dx}} = 2\left. {\pi \left( { - 80x + 53{x^2} - \frac{{28}}{3}{x^3} + \frac{1}{2}{x^4}} \right)} \right|_1^5 = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{\frac{{640}}{3}\pi }}\]