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【趣味數(shù)學(xué)題】拋物面的體積

2021-11-07 12:38 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤(Tao Steven Zheng)著

【問題】

使用積分法來推得拋物面(paraboloid)的體積。然后求拋物面圓柱(cylinder)的體積比例。

【題解】

設(shè)拋物面底面的半徑為 r、高為 h。考慮半個(gè)橫姿的拋物線(parabola),此拋物線在 x-軸上的區(qū)間為%5B0%2Ch%5D (這里 %5B0%2Ch%5D 是指 0%20%5Cle%20x%20%5Cle%20h)。

r(x)%3Da%5Csqrt%7Bx%7D%20

x%20%3D%200, r(0)%20%3D%20a%5Csqrt%7B0%7D%20%3D%200%20;在 x%20%3D%20h, r(h)%20%3D%20a%5Csqrt%7Bh%7D%20%3D%20r。

所以,

a%20%3D%20%5Cfrac%7Br%7D%7B%5Csqrt%7Bh%7D%7D


%20r(x)%20%3D%20%5Cfrac%7Br%7D%7B%5Csqrt%7Bh%7D%7D%20%5Csqrt%7Bx%7D

這里x-軸就是旋轉(zhuǎn)軸(axis of revolution),所以我們可以使用圓筒法(disk method)來計(jì)算體積。

V%20%3D%20%5Cpi%20%5Cint_a%5Eb%20%5Br(x)%5D%5E2%20dx

V%20%3D%20%5Cpi%20%5Cint_0%5Eh%20%5Cfrac%7Br%5E2%7D%7Bh%7D%20x%20dx

V%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%20r%5E2%7D%7Bh%7D%20%5Cint_0%5Eh%20%20x%20dx

V%3D%5Cfrac%7B%5Cpi%20r%5E2%7D%7Bh%7D%5Cleft%5B%5Cfrac%7Bx%5E2%7D%7B2%7D%5CBiggr%7C_%7B0%7D%5E%7Bh%7D%20%5Cright%5D

V%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%20r%5E2%20h%7D%7B2%7D%20

與圓柱的體積 %7BV%7D_%7B%E5%9C%86%E6%9F%B1%7D%20%3D%20%5Cpi%20r%5E2%20h 相比, 拋物面的體積是圓柱體積的一半。

%7BV%7D_%7B%E6%8A%9B%E7%89%A9%E9%9D%A2%7D%20%3A%20%7BV%7D_%7B%E5%9C%86%E6%9F%B1%7D%20%3D%201%3A2


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