6.3-bo'lim : Halqali ovoz balandligi
5. \(y = 6{{\bf{e}}^{ - 2x}}\) va \(y = 6 + 4x - 2{x^2}\) bilan chegaralangan hududni \(x = 0\) va \(x = 1\) o‘rtasida \(y = - 2\) chizig‘i atrofida aylantirish natijasida olingan qattiq jism hajmini disklar/halqalar 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.

Chapdagi kesishish nuqtasi uchun \(x = 0\) ni ikkala tenglamaga ulash orqali tezkor tekshirish, biz grafikdan taxmin qilganimizdek kesishish nuqtasi aslida \(\left( {0,6} \right)\) ekanligini ko'rsatadi. Bizga bu nuqta birozdan keyin kerak bo'ladi. Mintaqaning eskizidan o'ng tomonda kesishish nuqtasi yo'qligi ham aniq.
E'tibor bering, buni qilish qiyin bo'lishi mumkin, ayniqsa siz juda ko'p ko'rinadigan odam bo'lmasangiz. Biroq, vakillik halqasiga ega bo'lish, biz maydon formulasini yozishga borganimizda katta yordam berishi mumkin. Bundan tashqari, vakillik halqasini olish inqilobning qattiq qismining eskizisiz qiyin bo'lishi mumkin. Shunday qilib, bu eskizlarni olish uchun qo'lingizdan kelganini qiling.
2-qadam
Bu erda inqilobning qattiq qismining eskizi.

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

3-qadam
Endi halqaning maydoni uchun formulani topishimiz kerak. Chunki biz gorizontal o'qda joylashgan halqalardan foydalanamiz (i.e. \(x\) 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 vakillik uzukining yana bir eskizi, unda biz uchun kerak bo'lgan turli miqdorlar mavjud.

Eskizdan biz halqaning \(y = - 2\) chizig'ida markazlashtirilganligini va qandaydir \(x\)da joylashganini ko'rishimiz mumkin.
Halqaning ichki radiusi - bu aylanish o'qidan \(x\) o'qigacha bo'lgan masofa (masofa 2), undan keyin \(x\) o'qidan qattiq jismning ichki chetini belgilovchi egri chiziqgacha bo'lgan masofa (\(6{{\bf{e}}^{ - 2x}}\) masofasi).
Xuddi shunday, halqaning tashqi radiusi aylanish o'qidan \(x\) o'qigacha bo'lgan masofa (yana 2 masofa), undan keyin \(x\) o'qidan qattiq jismning tashqi chetini belgilovchi egri chiziqgacha bo'lgan masofa (\(6 + 4x - 2{x^2}\) masofasi).
Shunday qilib, ichki va tashqi radiuslar,
\[{\mbox{Inner Radius}} = 2 + 6{{\bf{e}}^{ - 2x}}\hspace{0.5in}{\mbox{Outer Radius}} = 2 + 6 + 4x - 2{x^2} = 8 + 4x - 2{x^2}\]U holda halqaning maydoni,
\[\begin{align*}A\left( x \right) & = \pi \left[ {{{\left( {{\mbox{Outer Radius}}} \right)}^2} - {{\left( {{\mbox{Inner Radius}}} \right)}^2}} \right]\\ & = \pi \left[ {{{\left( {8 + 4x - 2{x^2}} \right)}^2} - {{\left( {2 + 6{{\bf{e}}^{ - 2x}}} \right)}^2}} \right]\\ & = \pi \left( {60 + 64x - 16{x^2} - 16{x^3} + 4{x^4} - 24{{\bf{e}}^{ - 2x}} - 36{{\bf{e}}^{ - 4x}}} \right)\end{align*}\]4-qadam
Yakuniy bosqich - bu hajm uchun integralni o'rnatish va uni baholash.
1-bosqichdagi grafikdan biz qattiq jismdagi "birinchi" halqa \(x = 0\) da, "oxirgi" halqa esa \(x = 1\) da paydo bo'lishini ko'rishimiz mumkin. Bizning chegaralarimiz quyidagicha: \(0 \le x \le 1\).
Keyin hajm,
\[\begin{align*}V & = \int_{0}^{1}{{\pi \left( {60 + 64x - 16{x^2} - 16{x^3} + 4{x^4} - 24{{\bf{e}}^{ - 2x}} - 36{{\bf{e}}^{ - 4x}}} \right)\,dx}}\\ & = \left. {\pi \left( {60x + 32{x^2} - \frac{{16}}{3}{x^3} - 4{x^4} + \frac{4}{5}{x^5} + 12{{\bf{e}}^{ - 2x}} + 9{{\bf{e}}^{ - 4x}}} \right)} \right|_0^1 = \require{bbox} \bbox[2pt,border:1px solid black]{{\left( {\frac{{937}}{{15}} + 12{{\bf{e}}^{ - 2}} + 9{{\bf{e}}^{ - 4}}} \right)\pi }}\end{align*}\]