定积分求旋转体表面积公式

原创:蠐鶽 学习知识 2023-10-30

定积分是高中数学中的一个重要知识点,它在数学和物理中有着广泛的应用。在几何学中,定积分可以用来求解旋转体的表面积。本文将介绍定积分求旋转体表面积的公式及其推导过程。

正文:

1. 旋转体表面积的定义

旋转体是由一个曲线或者一个区间绕着某一轴旋转而形成的立体。我们希望求解的是旋转体的表面积,即该立体的表面积。而定积分正好可以用来求解旋转体表面积。

2. 定积分求解旋转体表面积的公式

设有一个曲线y=f(x) (a≤x≤b)绕x轴旋转一周,所得到的旋转体的表面积可以通过定积分求解,其公式为:

S=2π∫[a,b]f(x)√(1+f'(x)2)dx

其中,∫[a,b]表示积分区间为[a,b],f'(x)表示函数f(x)的导数。

3. 推导过程

为了推导出上述公式,我们可以将旋转体分为许多微小的旋转面。每个微小的旋转面的面积可以近似看作一个面积元素,然后求和得到整个旋转体的表面积。

将面积元素近似看作一个矩形,其高度为f(x),底边为dx。根据微分的定义,微小的弧长ds可以近似等于微小的dx,即ds ≈ dx。

由于旋转面是由一个矩形旋转而成的,所以旋转面的周长可以近似等于矩形的周长,即2πr ≈ 2π√(1+(f'(x))2)。

根据面积公式,旋转面的面积可以表示为:S = 面积元素 × 旋转面的个数

将面积元素和旋转面的个数带入,得到: S ≈ f(x) × 2π√(1+(f'(x))2) × dx

为了得到更精确的结果,我们可以使用极限的方法,将面积元素无限细小,即求极限。

当dx趋近于0时,得到:S = ∫[a,b]f(x) × 2π√(1+(f'(x))2) × dx

总结:旋转体的表面积公式为:S=2π∫[a,b]f(x)√(1+f'(x)2)dx

4. 应用举例

我们可以通过一个具体的例子来应用上述公式。

例:求解曲线y=x2 (0≤x≤1)绕x轴旋转一周所得到的旋转体的表面积。

根据公式,我们可以得到:

S=2π∫[0,1]x2√(1+(2x)2)dx

=2π∫[0,1]x2√(1+4x2)dx

通过计算,我们可以求得这个旋转体的表面积。


云作文原创内容,未经允许不得转载。



蠐鶽 关注

签约作家 .发文25474篇. 被8人关注


评论