6.4-bo'lim : Silindrli hajm
8. \(\displaystyle y = \frac{{{{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}}}{{x + 2}}\), \(\displaystyle y = 5 - \frac{1}{4}x\), \(x = - 1\) va \(x = 6\) bilan chegaralangan hududni \(x = - 2\) chizig‘i 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.

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 \(x\) jihatidan 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.

Eskizdan biz silindrni \(x = - 2\) chizig'ida markazlashganini va silindrning o'ng qirrasi qandaydir \(x\) da joylashganligini ko'rishimiz mumkin.
Bu erda radiusga biroz ehtiyot bo'lishimiz kerak, chunki silindrning o'ng qirrasi qattiq jismga kesishgan joyiga qarab \(y\) o'qining chap va o'ng tomonida bo'lishi mumkin.
Yuqoridagi eskizda ko'rsatilganidek, silindrning o'ng qirrasi \(y\) o'qining o'ng tomonidagi ob'ektga kesilgan bo'lsa, u holda radius aylanish o'qining \(y\) o'qigacha bo'lgan masofasi (2 masofa) va \(y\) o'qidan \(y\) o'qining o'ng tomonidagi masofaga (\(y\) o'qining o'ng tomoniga bo'lgan masofa) radiusdir. Shuning uchun, bu holda, radius \(2 + x\).
Boshqa tomondan, agar silindrning o'ng qirrasi uning chap tomonidagi qattiq qismga kesilsa y‑o'qi bo'lsa, radius aylanish o'qidan \(y\) o'qigacha bo'lgan masofa (2 masofa) minus silindrning o'ng chetidan \(y\) o'qigacha bo'lgan masofa bo'ladi. Biroq, bu holda, o'ng qirrani belgilaydigan \(x\) qiymati manfiy qiymatdir va shuning uchun silindrning o'ng chetining \(y\) o'qiga masofasi \( - x\) bo'lishi kerak. Buni ijobiy miqdorga aylantirish uchun minus belgisi kerak. Shuning uchun bu holda radius \(2 - \left( { - x} \right) = 2 + x\), birinchi holatda bo'lgani kabi.
Tsilindrning yuqori qirrasi qattiq jismning yuqori qismini belgilaydigan egri chiziqda joylashgan va \(x\) o'qidan \(5 - \frac{1}{4}x\) masofasida joylashgan. Tsilindrning pastki qirrasi qattiq jismning pastki qismini belgilovchi egri chiziq ustida joylashgan va \(x\) o'qidan \(\frac{{{{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}}}{{x + 2}}\) masofasi. Keyin balandlik bu ikkalasining farqidir.
Shunday qilib, silindrning radiusi va kengligi,
\[{\mbox{Radius}} = 2 + x\hspace{0.25in}\hspace{0.25in}{\mbox{Width}} = 5 - \frac{1}{4}x - \frac{{{{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}}}{{x + 2}}\]U holda silindrning maydoni,
\[A\left( x \right) = 2\pi \left( {{\mbox{Radius}}} \right)\left( {{\mbox{Height}}} \right) = 2\pi \left( {2 + x} \right)\left( {5 - \frac{1}{4}x - \frac{{{{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}}}{{x + 2}}} \right) = 2\pi \left( {10 + \frac{9}{2}x - \frac{1}{4}{x^2} - {{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}} \right)\]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 \(x = 6\) da paydo bo'lishini ko'rishimiz mumkin. Bizning chegaralarimiz quyidagicha: \( - 1 \le x \le 6\).
Keyin hajm,
\[\begin{align*}V & = \int_{{ - 1}}^{6}{{2\pi \left( {10 + \frac{9}{2}x - \frac{1}{4}{x^2} - {{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}} \right)\,dx}}\\ & = 2\left. {\pi \left( {10x + \frac{9}{4}{x^2} - \frac{1}{{12}}{x^3} - 2{{\bf{e}}^{\frac{1}{2}x}}} \right)} \right|_{ - 1}^6 = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{2\pi \left( {\frac{{392}}{3} + 2{{\bf{e}}^{ - \,\,\frac{1}{2}}} - 2{{\bf{e}}^3}} \right)}}\end{align*}\]