Чтобы найти объем тела, полученного при вращении области, ограниченной графиками y=x3 y = x^3 y=x3 и x=y x = y x=y вокруг оси OX OX OX, воспользуемся методом дисков.
Сначала найдем точки пересечения кривых y=x3 y = x^3 y=x3 и x=y x = y x=y. Подставим y=x y = x y=x в уравнение y=x3 y = x^3 y=x3:
x=x3.
x = x^3. x=x3.
Переносим все в одну сторону:
x3−x=0.
x^3 - x = 0. x3−x=0.
Факторизуем:
x(x2−1)=0.
x(x^2 - 1) = 0. x(x2−1)=0.
Решения:
x=0,x2−1=0⇒x=−1 и x=1.
x = 0, \quad x^2 - 1 = 0 \Rightarrow x = -1 \text{ и } x = 1. x=0,x2−1=0⇒x=−1иx=1.
Таким образом, точки пересечения — это (−1,−1) (-1, -1) (−1,−1), (0,0) (0, 0) (0,0) и (1,1) (1, 1) (1,1).
Возьмем для вычисления объема область, ограниченную графиками от x=−1 x = -1 x=−1 до x=1 x = 1 x=1.
Формула для объема тела вращения вокруг оси OX OX OX:
где f(x) f(x) f(x) — верхняя функция, а g(x) g(x) g(x) — нижняя функция. В нашем случае:
Для x x x от −1 -1 −1 до 0 0 0: верхняя функция f(x)=x f(x) = x f(x)=x, нижняя функция g(x)=x3 g(x) = x^3 g(x)=x3.Для x x x от 0 0 0 до 1 1 1: верхняя функция f(x)=x f(x) = x f(x)=x, нижняя функция g(x)=x3 g(x) = x^3 g(x)=x3.
Чтобы найти объем тела, полученного при вращении области, ограниченной графиками y=x3 y = x^3 y=x3 и x=y x = y x=y вокруг оси OX OX OX, воспользуемся методом дисков.
Сначала найдем точки пересечения кривых y=x3 y = x^3 y=x3 и x=y x = y x=y. Подставим y=x y = x y=x в уравнение y=x3 y = x^3 y=x3:
x=x3. x = x^3.
x=x3.
Переносим все в одну сторону:
x3−x=0. x^3 - x = 0.
x3−x=0.
Факторизуем:
x(x2−1)=0. x(x^2 - 1) = 0.
x(x2−1)=0.
Решения:
x=0,x2−1=0⇒x=−1 и x=1. x = 0, \quad x^2 - 1 = 0 \Rightarrow x = -1 \text{ и } x = 1.
x=0,x2−1=0⇒x=−1 и x=1.
Таким образом, точки пересечения — это (−1,−1) (-1, -1) (−1,−1), (0,0) (0, 0) (0,0) и (1,1) (1, 1) (1,1).
Возьмем для вычисления объема область, ограниченную графиками от x=−1 x = -1 x=−1 до x=1 x = 1 x=1.
Формула для объема тела вращения вокруг оси OX OX OX:
V=π∫ab(f(x)2−g(x)2) dx, V = \pi \int_{a}^{b} (f(x)^2 - g(x)^2) \, dx,
V=π∫ab (f(x)2−g(x)2)dx,
где f(x) f(x) f(x) — верхняя функция, а g(x) g(x) g(x) — нижняя функция. В нашем случае:
Для x x x от −1 -1 −1 до 0 0 0: верхняя функция f(x)=x f(x) = x f(x)=x, нижняя функция g(x)=x3 g(x) = x^3 g(x)=x3.Для x x x от 0 0 0 до 1 1 1: верхняя функция f(x)=x f(x) = x f(x)=x, нижняя функция g(x)=x3 g(x) = x^3 g(x)=x3.Теперь вычислим интеграл по частям.
1) Для x x x от −1-1−1 до 000:
V<em>1=π∫</em>−10(x2−(x3)2)dx=π∫−10(x2−x6)dx. V<em>1 = \pi \int</em>{-1}^{0} \left( x^2 - (x^3)^2 \right) dx = \pi \int_{-1}^{0} \left( x^2 - x^6 \right) dx.
V<em>1=π∫</em>−10(x2−(x3)2)dx=π∫−10 (x2−x6)dx.
2) Для x x x от 000 до 111:
V<em>2=π∫</em>01(x2−(x3)2)dx=π∫01(x2−x6)dx. V<em>2 = \pi \int</em>{0}^{1} \left( x^2 - (x^3)^2 \right) dx = \pi \int_{0}^{1} \left( x^2 - x^6 \right) dx.
V<em>2=π∫</em>01(x2−(x3)2)dx=π∫01 (x2−x6)dx.
Теперь вычислим оба интеграла.
Сначала вычислим V1 V_1 V1 :
V<em>1=π∫</em>−10(x2−x6) dx=π[x33−x77]−10. V<em>1 = \pi \int</em>{-1}^{0} (x^2 - x^6) \, dx = \pi \left[ \frac{x^3}{3} - \frac{x^7}{7} \right]_{-1}^{0}.
V<em>1=π∫</em>−10(x2−x6)dx=π[3x3 −7x7 ]−10 .
Подставляем пределы:
V1=π((0)−((−1)33−(−1)77))=π(0−(−13+17)). V_1 = \pi \left( \left(0\right) - \left( \frac{(-1)^3}{3} - \frac{(-1)^7}{7} \right) \right) = \pi \left( 0 - \left(-\frac{1}{3} + \frac{1}{7}\right) \right).
V1 =π((0)−(3(−1)3 −7(−1)7 ))=π(0−(−31 +71 )).
Считаем:
−13+17=−721+321=−421. -\frac{1}{3} + \frac{1}{7} = -\frac{7}{21} + \frac{3}{21} = -\frac{4}{21}.
−31 +71 =−217 +213 =−214 .
Таким образом:
V1=π(421)=4π21. V_1 = \pi \left( \frac{4}{21} \right) = \frac{4\pi}{21}.
V1 =π(214 )=214π .
Теперь вычислим V2 V_2 V2 :
V<em>2=π∫</em>01(x2−x6) dx=π[x33−x77]01. V<em>2 = \pi \int</em>{0}^{1} (x^2 - x^6) \, dx = \pi \left[ \frac{x^3}{3} - \frac{x^7}{7} \right]_{0}^{1}.
V<em>2=π∫</em>01(x2−x6)dx=π[3x3 −7x7 ]01 .
Подставляем пределы:
V2=π((133−177)−(0))=π(13−17). V_2 = \pi \left( \left(\frac{1^3}{3} - \frac{1^7}{7}\right) - (0) \right) = \pi \left( \frac{1}{3} - \frac{1}{7} \right).
V2 =π((313 −717 )−(0))=π(31 −71 ).
Считаем:
13−17=721−321=421. \frac{1}{3} - \frac{1}{7} = \frac{7}{21} - \frac{3}{21} = \frac{4}{21}.
31 −71 =217 −213 =214 .
Таким образом:
V2=π(421)=4π21. V_2 = \pi \left( \frac{4}{21} \right) = \frac{4\pi}{21}.
V2 =π(214 )=214π .
Общий объем:
V=V1+V2=4π21+4π21=8π21. V = V_1 + V_2 = \frac{4\pi}{21} + \frac{4\pi}{21} = \frac{8\pi}{21}.
V=V1 +V2 =214π +214π =218π .
Итак, объем тела, полученного при вращении области вокруг оси OX OX OX, равен:
8π21. \boxed{\frac{8\pi}{21}}.
218π .