当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 >  第七章 定积分 >  第五节 定积分的几何应用 >  旋转体体积与表面积

返回《微积分——极限理论与一元函数》慕课在线视频课程列表

旋转体体积与表面积在线视频

下一节:物理应用简介

返回《微积分——极限理论与一元函数》慕课在线视频列表

旋转体体积与表面积课程教案、知识点、字幕

好我们现在来介绍定积分的另外一个几何应用

就是在旋转体上的应用

我们先来介绍一下旋转体

我们来看看旋转体是一个什么东西

假如说在xy坐标轴上

xy有这么一个小曲线

这条曲线的方程是y等于y(x)

介于x等于ax等于b之间

有这么一块面积

我们不妨假设y等于y(x)这个函数是大于等于0的

也就这个面积是在x轴的上半侧

那么这么一个这么一个面积

它有两个办法让它旋转

第一个办法是绕着x轴旋转

绕着x轴旋转

绕着x轴这么旋转一圈之后

变成了这么一个立体的图形

这是这个面积绕着x轴旋转一周之后

所产生的这么一个我们把它叫做旋转体

那么我们要研究的就是这个旋转体的体积和表面积

同样这个面积实际上还有另外一种旋转方法

就这个面积绕着y轴转一圈

那我们再来看另外一张图

这么一块面积绕着y轴旋转

绕着y轴旋转转出来的是这么一个东西

也就我们同样这一块面积

我绕着y轴旋转也能转出一个旋转体

那么旋转体当然也有体积也有表面积

我们要来看一下

这个旋转体的体积和旋转体的表面积怎么去研究

我们先来看看绕着x轴转

这时候我们把旋转体的体积写成Vx

下标x表示它是绕着x轴旋转的

我们在x轴上切这么一小块出来

我们把这个小段它的厚度叫做△x

我这么拿刀切两刀出来

切出来的是什么东西

实际上切出来的是这么一个条

我们把这个拿到下面来

实际上切了这么一条出来

就这么切的这么一小片

切了这么一小片之后我们来看看这一小片

这一小片的它的截面积是多少

这个截面积实际上就是等于

因为它是旋转体所以截面积就是一个圆

这个圆半径它的半径不就是这个曲线的

这就是它的半径

所以圆是等于πy平方x

半径就是y(x)

这一小片的厚度是什么

厚度这个不就是厚度

这个厚度实际上就是dx

所以乘上dx实际上就是这一小片的它的体积

我们把这么一个旋转体一片一片切下来

每一个小片的体积我们近似地求下来之后

这当然都是近似值

近似地求下来之后我们把它累加一下

然后我们让△x趋于0

这个过程实际上就是我们定积分的一个过程

分割取点近似黎曼和求极限

实际上就是一个定积分的过程

所以最后从a到b的积分

这个就是我们的体积

也就是说就是等于Vx

这么一个旋转体绕着

这么一个面积绕着x轴转

转出来是这么一个空间的旋转体的体积

就是等于πy平方在a到b上的定积分

我们来看看另外一件事情

同样这一块面积绕着y轴旋转

转出来的这么一个空间区域的旋转体的体积

那么这个体积是我们是这么来看的

你想象一下我在这取了很小的一段

我们直接就说取了dx这么厚度的一段

我们这一小条绕着y轴一转

转出来的是什么东西

实际上转出来的是这么一个东西

转出来是很薄的把它抻开之后

实际上就是一个很薄很薄的这么一个体积一片体积

也就是说我们把这一圈切下来中间切下来

剪开把它铺平了

你可以想象一下这就是一个铁皮卷

一卷一卷一圈一圈绕着一个铁皮

那么实际上这一小条实际上就是一层铁皮的

这么一个卷出来的东西

我们把它剪开给它拉开之后你会发现

这个东西dx实际上就是厚度

厚度就是dx

这一小条的它的高度

就是y等于f等于y(x)就是它的高度

那么这一小条它的水平方向的长度

那么你会发现实际上就是这么一圈的长度

这一圈是什么东西

因为绕着y轴是一个旋转

所以这一圈一定是个圆

这个圆的半径就是x

所以这一个是2πx

所以我们可以发现我们这一小片的体积

实际上是2πx乘上y(x)的dx

这是这一小片的体积

那么我们把这个铁皮卷的每一圈统统剪开

统统把这个铁皮的近似值求下来

我们一圈一圈累加一下

一累加让△x趋于0又是一个定积分的问题

实际上就是从a到bVy等于

所以我们所用的方法实际上就是定积分的方法

分割取点近似求黎曼和求极限

最后我们可以发现我们这些具有很强的对称性的

比如说绕着x轴的旋转体和绕着y轴的旋转体

它本身具有一定的对称性

那么这些空间区域的体积

我们实际上可以用定积分给它表示出来

好我们举一个例子

那么如果说有一个椭圆

x平方除以a平方加上y平方除以b平方等于1

这是一个椭圆

那么这个椭圆的上半部分

这是一个椭圆

椭圆的上半部分所围成的那个面积

绕着x轴转一圈

转出来什么东西

转出来的就是这么一个椭球

要求这个椭球的面积

我们来看看椭球的面积分成左边和右边两个面积

那么我们来看椭球根据旋转体的体积

我们知道Vx就是从

x是从负a到正a

从负a到正aπy平方

y平方πy平方

y平方就是等于b平方乘上1减去x平方除以a平方dx

π乘上y的平方

y的平方当然是1减x平方除以a的平方再乘上b平方

πy平方dx

那么这当然是不难算的东西

最后我们可以得到它是等于三分之四

πab的平方

同样我们可以来算旋转体的表面积

比如说我们举个例子

同样是刚才我们说的那个平面的图形

xy绕着x轴转一圈

就变成了下面如下一个形式的

这么一个旋转体

那么我们要算旋转体的表面积

也就是说这个面积叫做S侧面积

那么旋转体的侧面积我们还是按那个办法算

我们在x轴上取很小的一段

我们把这一段拿下来

如果我们把这一段给它这一片拿下来的话

实际上我们画得好看一点就是这么一小片

就这么一小片

当然这都是曲面上找的

我们把这一小片切断

就像削苹果皮那样削下来这么一小圈的苹果皮

我们把这一小圈的苹果皮切断

实际上变成了上面那种形式

剪断了之后差不多是上面那个形式

我们把这一圈给拉长

一拉长的话你会发现

把它拉长之后会变成这么一小条

我把它扽直了

我们把这一圈给它拉直之后

实际上是出问题的

什么问题

你把苹果一削下来之后你给它拉直了之后

你会发现这不断的有很多很多小的裂缝

实际上这一圈一圈都会有裂开了

实际上都是有裂缝的

有一部分裂缝

但是你用这么一个面积来近似地代替这一块

包括这一块的表面积

你会发现这种近似程度对积分来讲

这些误差都是忽略不计的

所以说我们可以发现这一小条它的表面积

这一小条的面积是多少

先看这一部分

这一部分相当于它的圆的周长这个圆的周长

这个圆是2πy(x)相当于它的周长

这个宽度是多少

我们很在意这个宽度

这个宽度就相当于这个宽度

这个宽度是多少dl弧长

就相当于我们把这不就弧长

这就是一个dl弧长

所以这一小条的面积

近似地等于2πy(x)乘上dl

而我们还知道dl就等于

根号1加上y(x)的导数的括弧平方dx

所以呢这一小条的面积就等于

2πy(x)根号1加上y导数x括弧的平方的dx

这仅仅是这一小条的面积

那么我们把这一个空间旋转体一片一片切下来

每一片的表面积就是等于

2πy根号1加y导数平方的dx每一片

我们把它累加起来

然后我们取极限

△x趋于0的时候的那个极限

所以我们可以知道空间表面积

空间旋转体的表面积就等于一个定积分从a到b

2πy(x)根号1加上y导数x括弧的平方的dx

这就是空间绕着x轴旋转的这么一个旋转体的表面积

我们给一个例子算一下

有一条空间曲线y等于根号x

在什么范围内

在x如果属于0到1这个范围内

绕着x轴转一圈形成的空间旋转体的它的表面积

图形大概是这个样子的

这是1

绕着x轴转一圈

转出来的是这个样子

要求这个是Sx旋转体的表面积

那么根据公式我们可以知道

Sx就等于从0到12π乘上y

y是根号x再乘上根号1加y的导数

y导数的平方

1加上四倍的x分之一dx

也就等于2π我提出来0到1的积分

我把根号x放进去之后

根号x加上四分之一的dx

那么这个积分当然并不难算

微积分——极限理论与一元函数课程列表:

序言

-序言

--序言

第一章 实数与函数

-第一节 实数集的界与确界

--实数集的界

--实数集的确界

-第一节思考与练习

--思考题

--练习题

-第二节 函数的概念

--函数定义与函数图形

--分段函数与隐函数

-第二节思考与练习

--思考题

--练习题

-第三节 函数的运算

--函数的四则运算与复合运算

--函数的反函数

-第三节思考与练习

--思考题

--练习题

-第四节 函数的初等性质

--函数的有界性,奇偶性

--函数的周期性,单调性

--函数的凸性

-第四节思考与练习

--思考题

--练习题

-第五节 初等函数

--初等函数

-第五节思考与练习

--思考题

--练习题

-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线

--极坐标系与点的极坐标,极坐标方程表示的几种曲线

--参数方程表示的几种曲线

第二章 极限论

-第一节 数列极限的概念与性质

--数列的概念,数列极限的概念(1)

--数列极限的概念(2)

--数列极限的性质及四则运算法则

--无穷大量

-第一节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第一节思考与练习

-第二节 数列极限存在的充分条件

--数列极限存在的充分条件

--单调有界收敛定理

-第二节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第二节思考与练习

-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--Bolzano定理与Cauchy收敛准则

--区间套定理与Bolzano定理

--Cauchy收敛准则

-第三节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第三节思考与练习

-第四节 函数极限的概念与性质

--函数极限的概念

--函数极限的性质

-第四节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第四节思考与练习

-第五节 函数极限的运算

--函数极限的四则运算与复合函数的极限

--夹逼定理与重要极限

-第五节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第五节思考与练习

-第六节 无穷小量及其(阶的)比较

--无穷小量与无穷大量的概念与性质

--无穷小量的比较

-第六节思考与练习

--思考题

--第二章 极限论--第六节思考与练习

第三章 连续函数

-第一节 连续函数的概念与性质

--函数在一点连续的概念

--间断点的分类

--连续函数的性质

--连续函数的运算与初等函数的连续性

-第一节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第一节 思考与练习

-第二节 闭区间上连续函数的性质

--闭区间上连续函数的性质

-第二节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第二节 思考与练习

-第三节 函数的一致连续性

--一致连续的概念

--一致连续的必要条件

--闭区间上连续与一致连续的等价性

-第三节 思考与练习

--思考题

--第三章 连续函数--第三节 思考与练习

第四章 导数与微分

-第一节 导数与微分的概念

--导数的概念

--单侧导数、可导与连续的关系

--导数的几何意义

--微分概念

-第一节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习

-第二节 导数与微分的运算

--导数的四则运算

--复合函数的求导法(链导法则)

--反函数求导法

-第二节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习

-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数

--几种特殊函数的求导法

--参数方程求导法与对数求导法

--高阶导数

-第三节 思考与练习

--思考题

--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习

第五章 导数应用

-第一节 微分中值定理

--Fermat定理

--Rolle定理

--Lagrange中值定理

--Cauchy中值定理

-第一节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第一节 思考与练习

-第二节 L'Hospital 法则

--0/0型不定式

--∞/∞型不定式

--其他形式的不定式

-第二节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第二节 思考与练习

-第三节 函数的单调性与极值

--函数的单调性

--函数的极值

--函数最值的求法

-第三节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第三节 思考与练习

-第四节 函数的凸性与拐点

--函数凸性的判别法

--拐点

--曲线的渐近性

-第四节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第四节 思考与练习

-第五节 Taylor 公式

--带有Peano型余项的Taylor 公式

--带有Lagrange型余项的Taylor公式

--Maclaurin公式

--Taylor公式的应用(一)

--Taylor公式的应用(二)

-第五节 思考与练习

--思考题

--第五章 导数应用--第五节 思考与练习

第六章 原函数与不定积分

-第一节 概念与性质

--原函数的概念

--原函数存在的充分条件

--6-1视频纠正

--原函数存在的必要条件

--不同原函数之间的关系

--不定积分的概念与性质

--简单函数求不定积分

-第一节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习

-第二节 换元积分法

--第一换元法

--第二换元法

-第二节思考与练习

--思考题

--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习

-第三节 分部积分法

--分步积分法

-第四节 有理函数的积分

--四个特殊函数的不定积分

--有理分式函数的化简

--html

--有理分式函数的不定积分

--三角有理函数化成分式有理函数

--三角有理函数的不定积分

--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习

-第五节 简单无理式的积分

--无理函数的有理化

--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习

第七章 定积分

-第一节 积分概念与积分存在条件

--定积分的概念

-- 函数的可积性

--第七章 定积分--第一节思考与练习

-第二节 定积分的性质

--定积分的性质

--定积分性质的应用

-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式

--变上限积分

--复合变限积分

--变限积分所定义的函数

--Newton-Leibniz公式

--定积分的计算

--第七章 定积分--第三节思考与练习

-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法

--定积分的计算-换元法

--定积分的计算-分部积分法

--分段函数定积分的计算

--第七章 定积分--第四节思考与练习

-第五节 定积分的几何应用

--平面区域的面积

--曲线的弧长

--平面曲线的曲率

--旋转体体积与表面积

--第七章 定积分--第五节思考与练习

-第六节 定积分的物理应用

--物理应用简介

-第七节 反常积分

--反常积分

--非负函数无穷积分的收敛性

--一般函数无穷积分的收敛性

--其他无穷积分

--无界函数的反常积分---瑕积分

--无界函数、无界区间上的反常积分

--第七章 定积分--第七节思考与练习

第八章 级数

-第一节 数项级数的概念与性质

--8-1 数项级数的概念

--8-2 级数收敛的概念

--8-3 级数收敛的性质

--8-4 级数收敛的Cauchy准则

--8-5 正项级数的概念

--8-6 正项级数的比较判别法

--8-7 正项级数的比阶判别法

--8-8 正项级数的比值判别法

--第八章 级数--第一节 思考与练习

-第二节 正项级数的收敛判别法

--正项级数的根式判敛法

--正项级数的积分判别法

--第八章 级数--第二节 思考与练习

-第三节 任意项级数

--交错项级数

--交错项级数判敛举例

--绝对值判敛法

--绝对收敛与条件级数收敛的性质

--绝对收敛级数的交换律

--条件收敛级数的Riemann定理

--第八章 级数--第三节 思考与练习

-第四节 函数级数

--函数项级数的概念、逐点收敛性

--函数项级数的一致收敛性-概念

--函数项级数的一致收敛性-判断

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(1)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(2)

--一致收敛的函数项级数和函数的分析性质(3)

--第八章 级数--第四节 思考与练习

-第五节 幂级数

--Abel判别法

--收敛半径与收敛域

--幂级数的分析性质

--无穷可导函数的幂级数展开

--幂级数求和

--第八章 级数--第五节思考与练习

-第六节 傅里叶级数

--三角函数的正交性

--奇函数与偶函数的形式Fourier展开和周期开拓

--其他函数的周期函数的形式Fourier展开

--Fourier级数的收敛性

--第八章 级数--第六节思考与练习

旋转体体积与表面积笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。