Площадь поверхности тела вращения

Рассмотрим поверхность, образованную вращением кривой Площадь поверхности тела вращения - student2.ru вокруг оси Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (рис. 8.13). Площадь этой поверхности, если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru гладкая на Площадь поверхности тела вращения - student2.ru кривая определяется выражением

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (8.15).

Пример 8.7. Найти площадь поверхности сферы, образованной вращением полуокружности Площадь поверхности тела вращения - student2.ru вокруг оси Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (рис.8.16).

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Решение. Площадь поверхности тела вращения - student2.ru ,

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

Приложения определенного интеграла в задачах физики и химии.

1. Работа переменной силы. Если переменная сила Площадь поверхности тела вращения - student2.ru действует в направлении оси Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то работа, совершаемая этой силой по перемещению материальной точки на отрезке от Площадь поверхности тела вращения - student2.ru до Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , равна Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

2. Путь, пройденный точкой. Если точка перемещается по некоторой траектории с переменной скоростью Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то путь, пройденный точкой за период времени от Площадь поверхности тела вращения - student2.ru до Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , равен Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

3. Масса прореагировавшего вещества. Если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru – переменная скорость химической реакции (см. п. 1.1), то масса вещества, вступившего в химическую реакцию за промежуток времени от Площадь поверхности тела вращения - student2.ru до Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , равна Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

4. Масса неоднородного стержня. Если дан тонкий неоднородный стержень с переменной линейной плотностью Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , и длина стержня равна Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то его масса определяется формулой Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Несобственные интегралы.

8.5.1. Несобственные интегралы первого рода (с бесконечными пределами).

Пусть функция Площадь поверхности тела вращения - student2.ru определена на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и для любого вещественного числа Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , Площадь поверхности тела вращения - student2.ru существует Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называется несобственным интегралом 1 рода от функции Площадь поверхности тела вращения - student2.ru на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и обозначается символом Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Таким образом, по определению, Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (8.16.)

Если предел существует и конечен говорят, что несобственный интеграл (8.16) сходится; если конечного предела не существует, то говорят, что несобственный интеграл (8.16) расходится.

Аналогично определяется несобственный интеграл на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru : Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (8.17).

Несобственным интегралом от функции Площадь поверхности тела вращения - student2.ru на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называется предел Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

при независимом стремлении Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru :

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (8.18)

Если для некоторого вещественного числа Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится каждый из несобственных интегралов Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то сходится и неопределенный интеграл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , причем Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Пример 8.8. Вычислить Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Решение. По определению несобственного интервала, имеем

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , т.е. Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится. Рассмотренный интеграл выражает площадь заштрихованной области на рис. 8.17.

Пример 8.9. Вычислить Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Решение. Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , т.е. Площадь поверхности тела вращения - student2.ru расходится.

Во многих случаях бывает достаточно установить, сходится данный интервал или расходуется, и оценить его значение. Сформулируем некоторые достаточные признаки сходимости.

1. Пусть для всех Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , выполнено неравенство Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Тогда: 1) если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится, то сходится и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , при этом Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

2) если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru расходится, то расходится и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

2. Если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится, то сходится и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Несобственный интеграл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называется абсолютно сходящимся, если сходится Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Несобственный интеграл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называется условно сходящимся, если он сходится, а интеграл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru расходится.

Пример 8.10. Исследовать сходимость Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Решение. Заметим, что Площадь поверхности тела вращения - student2.ru . Но Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Следовательно, Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится. Значит, сходится и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

8.5.2. Несобственные интегралы второго рода (от неограниченных функций).

Пусть функция Площадь поверхности тела вращения - student2.ru определена на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , неограниченна на Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , но ограничена на любом промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , Площадь поверхности тела вращения - student2.ru . В этом случае точку Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называют особой точкой. Предложим также, что Площадь поверхности тела вращения - student2.ru существует для любого вещественного числа Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru называется несобственным интегралом II рода от функции Площадь поверхности тела вращения - student2.ru на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и обозначается символом Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Таким образом, по определению Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (8.19).

Так как вещественное число Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , можно представить в виде Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , где Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то равенство (8.19) можно записать в виде

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Если предел существует и конечен говорят, что несобственный интеграл (8.19) сходится.

В случае, если конечного предела не существует, говорят, что несобственный интеграл расходится.

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Выясним геометрический смысл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru . Если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru непрерывна на промежутке Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то Площадь поверхности тела вращения - student2.ru есть площадь области, заключенной между осью абсцисс, графиком функции Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и прямым Площадь поверхности тела вращения - student2.ru и Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (заштрихованная область на рис. 8.18).

Аналогично определяется несобственный интеграл Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , если Площадь поверхности тела вращения - student2.ru особая точка: Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Если особой точкой является точка Площадь поверхности тела вращения - student2.ru внутри промежутка Площадь поверхности тела вращения - student2.ru , то полагают Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

При этом считают, что Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится, если сходятся оба несобственных интеграла в правой части равенства (8.20) .

Замечания. 1. Понятие несобственного интеграла II рода легко переносится на случай, когда функция Площадь поверхности тела вращения - student2.ru имеет конечное число особых точек.

2. Основные выводы п.8.5.1. легко переносятся и на случай несобственных интегралов II рода.

Пример 8.11. Вычислить или доказать расходимость Площадь поверхности тела вращения - student2.ru .

Решение. Площадь поверхности тела вращения - student2.ru точка бесконечного разрыва подынтегральной функции) Площадь поверхности тела вращения - student2.ru (по определению несобственного интеграла второго рода)

Площадь поверхности тела вращения - student2.ru . Интеграл расходится.

Пример 8.12. Попробуйте убедиться в том, что Площадь поверхности тела вращения - student2.ru сходится.

Наши рекомендации