Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem obsahu pláště rotačního tělesa.



Podobné dokumenty
Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem objemu rotačního tělesa.

Geometrické a fyzikální aplikace určitého integrálu. = b a. je v intervalu a, b záporná, je integrál rovněž záporný.

GEOMETRICKÉ APLIKACE INTEGRÁLNÍHO POČTU

= b a. V případě, že funkce f(x) je v intervalu <a,b> záporná, je integrál rovněž záporný.

Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, můžeme při výpočtu určitých integrálů ze složitějších funkcí postupovat v zásadě dvěma způsoby:

URČITÝ INTEGRÁL. Motivace:

Odraz na kulové ploše Duté zrcadlo

x + F F x F (x, f(x)).

18. x x 5 dx subst. t = 2 + x x 1 + e2x x subst. t = e x ln 2 x. x ln 2 x dx 34.

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

II. 5. Aplikace integrálního počtu

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

29. OBJEMY A POVRCHY TĚLES

Křivkový integrál prvního druhu verze 1.0

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

Při výpočtu složitějších integrálů používáme i u určitých integrálů metodu per partes a substituční metodu.

Matematika II: Testy

3. APLIKACE URČITÉHO INTEGRÁLU

26. listopadu a 10.prosince 2016

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

OBJEMY A POVRCHY TĚLES

Odraz na kulové ploše

Obecně: K dané funkci f hledáme funkci ϕ z dané množiny funkcí M, pro kterou v daných bodech x 0 < x 1 <... < x n. (δ ij... Kroneckerovo delta) (4)

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Určitý integrál ZVMT lesnictví 1 / 26

Seznámíte se s použitím určitého integrálu při výpočtu hmotnosti, statických momentů, souřadnic těžiště a momentů setrvačnosti.

5.2. Určitý integrál Definice a vlastnosti

VE FYZICE A GEOMETRII. doc. RNDr. Jan Kříž, Ph.D., RNDr. Jiří Lipovský, Ph.D.

Při výpočtu obsahu takto omezených rovinných oblastí mohou nastat následující základní případy : , osou x a přímkami. spojitá na intervalu

Integrály definované za těchto předpokladů nazýváme vlastní integrály.

3. ROVNICE A NEROVNICE Lineární rovnice Kvadratické rovnice Rovnice s absolutní hodnotou Iracionální rovnice 90

Dráhy planet. 28. července 2015

Matematické metody v kartografii

8. Elementární funkce

Komplexní čísla tedy násobíme jako dvojčleny s tím, že použijeme vztah i 2 = 1. = (a 1 + ia 2 )(b 1 ib 2 ) b b2 2.

Geometrie. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

V = π f 2 (x) dx. f(x) 1 + f 2 (x) dx. x 2 + y 2 = r 2

Příklad 22 : Kapacita a rozložení intenzity elektrického pole v deskovém kondenzátoru s jednoduchým dielektrikem

Spojitost funkce v bodě, spojitost funkce v intervalu

17 Křivky v rovině a prostoru

PRAVIDELNÉ MNOHOSTĚNY

URČITÝ INTEGRÁL FUNKCE

INTEGRACE KOMPLEXNÍ FUNKCE KŘIVKOVÝ INTEGRÁL

M - Příprava na 3. zápočtový test pro třídu 2D

Integrální počet - II. část (určitý integrál a jeho aplikace)

Až dosud jsme se zabývali většinou reálnými posloupnostmi, tedy zobrazeními s definičním

integrovat. Obecně lze ale říct, že pokud existuje určitý integrál funkce podle různých definic, má pro všechny takové definice stejnou hodnotu.

Integrál a jeho aplikace Tomáš Matoušek

III.4. Fubiniova (Fubiniho) věta pro trojný integrál

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

je parciální derivace funkce f v bodě a podle druhé proměnné (obvykle říkáme proměnné

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Integrální počet - III. část (určitý vlastní integrál)

Úlohy školní klauzurní části I. kola kategorie C

vás seznámí s učivem, které v dané kapitole poznáte a které byste po jejím prostudování měli umět.

+ c. n x ( ) ( ) f x dx ln f x c ) a. x x. dx = cotgx + c. A x. A x A arctgx + A x A c

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

METODICKÉ LISTY Z MATEMATIKY pro gymnázia a základní vzdělávání

II. kolo kategorie Z5

Zimní semestr akademického roku 2014/ prosince 2014

(1) přičemž všechny veličiny uvažujeme absolutně. Její úpravou získáme vztah + =, (2) Přímé zvětšení Z je dáno vztahem Z = =, a a

11. cvičení z Matematické analýzy 2

je jedna z orientací určena jeho parametrizací. Je to ta, pro kterou je počátečním bodem bod ϕ(a). Im k.b.(c ) ( C ) (C ) Obr Obr. 3.5.

Obr. 1: Optická lavice s příslušenstvím při měření přímou metodou. 2. Určení ohniskové vzdálenosti spojky Besselovou metodou

Seznámíte se s použitím určitého integrálu při výpočtu hmotnosti, statických momentů, souřadnic těžiště a momentů setrvačnosti.

Matice. a B =...,...,...,...,..., prvků z tělesa T (tímto. Definice: Soubor A = ( a. ...,..., ra

Matematika II: Pracovní listy Integrální počet funkce jedné reálné proměnné

4. cvičení z Matematiky 2

( a) Okolí bodu

Diferenciální počet. Spojitost funkce

2.2.9 Grafické řešení rovnic a nerovnic

VIII. Primitivní funkce a Riemannův integrál

Křivkový integrál funkce

Věty o logaritmech I

II. INTEGRÁL V R n. Obr. 9.1 Obr. 9.2 Integrál v R 2. z = f(x, y)

Zavedení a vlastnosti reálných čísel PŘIROZENÁ, CELÁ A RACIONÁLNÍ ČÍSLA

Obsah rovinného obrazce

4.2.1 Goniometrické funkce ostrého úhlu

Laboratorní práce č.8 Úloha č. 7. Měření parametrů zobrazovacích soustav:

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Hlavní body - magnetismus

3. Kvadratické rovnice

3.4.3 Množiny bodů dané vlastnosti I

{ } ( ) ( ) Vztahy mezi kořeny a koeficienty kvadratické rovnice. Předpoklady: 2301, 2508, 2507

Masarykova univerzita

5.2.4 Kolmost přímek a rovin II

8. cvičení z Matematiky 2

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V PROSTORU

6. Určitý integrál a jeho výpočet, aplikace

V předchozích kapitolách byla popsána inverzní operace k derivování. Zatím nebylo jasné, k čemu tento nástroj slouží.

Obvody a obsahy obrazců I

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA. Náhodná proměnná Vybraná spojitá rozdělení

4. přednáška 22. října Úplné metrické prostory. Metrický prostor (M, d) je úplný, když každá cauchyovská posloupnost bodů v M konverguje.

13. Exponenciální a logaritmická funkce

Jsou to rovnice, které obsahují neznámou nebo výraz s neznámou jako argument logaritmické funkce.

8 Mongeovo promítání

Digitální učební materiál

56. ročník Matematické olympiády. b 1,2 = 27 ± c 2 25

3 Algebraické výrazy. 3.1 Mnohočleny Mnohočleny jsou zvláštním případem výrazů. Mnohočlen (polynom) proměnné je výraz tvaru

Transkript:

.4. Obsh pláště otčního těles.4. Obsh pláště otčního těles Cíle Seznámíte se s dlší plikcí učitého integálu výpočtem obshu pláště otčního těles. Předpokládné znlosti Předpokládáme, že jste si postudovli zvedení pojmu učitý integál (kpitol.1). Dále předpokládáme, že znáte zákldní metody výpočtu učitého integálu. Budeme tké používt vzthy po výpočet délky oblouku křivky (kpitol.). Výkld Uvžujme nezáponou funkci f ( ) n intevlu < b, >. Nším úkolem bude vypočítt obsh pláště otčního těles, kteé vznikne otcí gfu této funkce kolem osy (ob..4.1). Ob..4.1. Rotce křivky kolem osy Budeme postupovt nlogicky jko při výpočtu objemu otčního těles (kp..). Řezy kolmými n osu ozdělíme otční těleso n n tenkých plátků. (Opět si můžete předstvit, že těleso kájíte n káječi jko šunku. Tentokát nás zjímá slupk jednotlivých plátků.) Ob..4.. Rozřezání těles n tenké plátky - 184 -

.4. Obsh pláště otčního těles Kždý plátek můžeme poimovt komolým kuželem, jehož plášť vytvoří úsečk otující kolem osy (ob..4.). Plášť i - tého komolého kuželu bude ΔSi f( ξi) Δ si. Obsh pláště celého těles bude přibližně oven součtu obshů plášťů jednotlivých plátků (komolých kuželů): n n i i i i= 1 i= 1 S Δ S = f( ξ ) Δs. Δ si Čím bude dělení intevlu <b, > jemnější, tím méně se bude součet obshů plášťů plátků n ΔS i= 1 tohoto součtu po b S = f( ) ds. i lišit od obshu pláště dného těles. Poto obsh pláště definujeme jko limitu n, když záoveň všechny délky Δ 0. Kldeme Z kpitoly. víme, že po element délky křivky pltí dy ds = d + dy = 1 + d = 1 + [ f ( ) ] d. Doszením z ds dostneme: d b S = f( ) 1 + f ( ) Vět.4.1. [ ] d. Nechť je funkce f ( ) spojitá nezáponá n intevlu < b, > má zde spojitou deivci f ( ). Pk po obsh otční plochy vzniklé otcí oblouku křivky y = f( ) kolem osy pltí b S = f( ) 1 + f ( ) [ ] s i d. - 185 -

.4. Obsh pláště otčního těles Poznámk Vzoec z věty.4.1 můžeme zpst ve tvu b b S = y ds = y 1 + ( y ) d. Tento vzoec můžeme sndno použít i v přípdě, že je uvžovná křivk dán pmetickými ovnicemi. Je-li otující křivk popsán pmetickými ovnicemi = ϕ() t, y = ψ () t, t < α, β >, pk po ds pltí (vět..) [ ϕ ()] [ ψ ()] ds = t + t dt. Po výpočet obshu plochy, kteá byl vytvořen otcí uvedené křivky kolem osy, dostáváme: b β S = y ds = ψ( t) ϕ ( t) + ψ ( t) dt Vět.4.. [ ] [ ]. α Nechť je funkce f dán pmetickými ovnicemi = ϕ() t, y = ψ () t, t < α, β >, přičemž funkce ϕ ( t) ψ ( t) mjí spojité deivce n intevlu < α, β > funkce ψ ( t) je nezáponá n intevlu < α, β >. Pk po obsh plochy, kteá vznikne otcí gfu funkce f kolem osy pltí β S = ψ( t) [ ϕ ( t) ] + [ ψ ( t) ] dt. α Řešené úlohy Příkld.4.1. Vypočtěte obsh pláště otčního kužele, kteý je vytvořen úsečkou y = po < 0, > otující kolem osy. Řešení: V příkldu..1 jsme již počítli objem kuželu (ob...). Po dnou úsečku y = po < 0, > dostáváme - 186 -

.4. Obsh pláště otčního těles ds = 1 + ( y ) d = 1+ 1 d = d. Obsh pláště otčního kužele bude S = yds= d= = 9. 0 0 0 Příkld.4.. Odvoďte vzth po výpočet povchu koule o poloměu > 0. Řešení: Rovnice kužnice se středem v počátku poloměem je + y =. Odtud y=±, přičemž <, >. Rotcí honí půlkužnice y =+ dostneme plášť koule (viz ob...4). Před dlším výpočtem si upvíme výz 1 + ( y ). ( ) 1 1 y = ( ) =. 1 + ( y ) = 1+ = Po povch koule bude z věty.4.1 pltit, S = y 1 + ( y ) d= d= d= = 4 [ ]. Dostli jsme známý vzth po povch koule. Poznámk Musíme přiznt, že předcházející výpočet nebyl zcel koektní, potože deivce funkce y = není definován po = ±. Nejsou tedy splněny předpokldy věty.4.1. Mohli bychom to npvit tk, že bychom počítli integál n intevlu < + ε, ε >, kde ε > 0 je mlé číslo (vlstně bychom z koule odřezli dv mlé vchlíky). Plášť koule bez vchlíků by byl S = 4 ( ε ). Po ε 0 dostneme očekávný výsledek. Po výpočet povchu koule můžeme tké využít pmetické ovnice honí půlkužnice: = cost, y = sin t, t < 0, > (viz příkld..). - 187 -

Po doszení do vzthu z věty.4. dostneme S = ψ( t) ϕ ( t) + ψ ( t) dt = sint sint + cost dt.4. Obsh pláště otčního těles [ ] [ ] [ ] [ ] = 0 0 = sint sint + cost dt = sin t dt = cost = 4. [ ] [ ] [ ] 0 0 0 Příkld.4.. Vypočtěte obsh otční plochy, kteá vznikne otci steoidy kolem osy. Řešení: Postup výpočtu bude nlogický jko v příkldu... Vznik steoidy je objsněn n obázku..4. Pmetické ovnice steoidy jsou = cos t, = sin, > 0. y t Vzhledem k symetii steoidy se můžeme omezit n t < 0, >. Rotcí dostneme polovinu otční plochy. Po její obsh pltí (sovnej s příkldem..): S = sin t cos tsin t + sin tcost dt = sin t(sin tcos t) dt 0 0 = 5 4 sin t 6 = 6 sin tcos t dt = 6 5 5 0 0 =. Obsh celé otční plochy bude dvojnásobný: 6 1 S = =. 5 5 Příkld.4.4. Vypočtěte povch otčního nuloidu. Řešení: S nuloidem jsme se podobně seznámili v příkldu..4. Podívejte se n obázky..7..8. Povch nuloidu je složený ze dvou ploch. - 188 -

Pvní vznikne otcí křivky.4. Obsh pláště otčního těles = + (ob...9), duhá ploch vznikne f ( ) R otcí křivky = po <, > kolem osy. g ( ) R Je zřejmé, že f ( ) g ( ) Povch nuloidu bude 1 + f ( ) = 1 + g ( )]. = poto [ ] [ S = S1+ S = f( ) 1 + [ f ( ) ] d+ g( ) 1 + [ g ( ) ] d= = ( ) + ( ) 1 + ( ) = 1 + ( ) [ f g ] [ f ] d R [ f ] d= [ ] = 4R 1 + f ( ) d= 4R = 4 R. Využili jsme toho, že [ ] poloviny kužnice o poloměu. Kontolní otázky 1 + f ( ) d=, neboť hodnot integálu je ovn délce 1. Uveďte vzth po výpočet obshu otční plochy, kteá vznikne otcí křivky y = f( ) kolem osy.. Uveďte vzth po výpočet obshu otční plochy, je-li otující křivk dán pmetickými ovnicemi otuje kolem osy.. Jk bude vypdt vzth po výpočet obshu otční plochy, jestliže křivk dná pmetickými ovnicemi bude otovt kolem osy y? 4. Odvoďte vzth po výpočet obshu pláště otčního kužele s poloměem podstvy výškou v. (Viz příkld..1.) 5. Jk vypočtete obsh pláště otčního komolého kužele, kteý vznikne otcí křivky y = k, 0 < b kolem osy? 6. Jk vypočtete obsh otční plochy, kteá vznikne otcí křivky dné pmetickými ovnicemi = t + 1, y = 4 t po t < 0, 4 > kolem osy? Jké těleso vznikne? - 189 -

.4. Obsh pláště otčního těles 7. Sestvte integál po výpočet obshu otční plochy, kteá vznikne otcí pboly y = po 0 kolem osy (kolem osy y). Zkuste integál řešit pomocí někteého mtemtického pogmu (npř. Deive, Mple, Mthemtic). Úlohy k smosttnému řešení 1. Vypočtěte obsh otční plochy, kteá vznikne otcí dné křivky kolem osy : ) y = ; b) y = e + e ; 0 c) d) y = 4; 0 y = 1 ; 0 e) y = e4 + e 4 ; 0 4 f) y = sin ; 0. Vypočtěte obsh otční plochy, kteá vznikne otcí dné křivky kolem osy : ) = cos t, y= sin t; 0 t b) = cos t, y = sin t; 0 t c) ( ) ( ) = 4 t sin t, y = 4 1 cos t ; 0 t d) = sin t, y = sin t; 0 t t t e) = e sin t, y = e cos t; 0 t f) + y = 9-190 -

.4. Obsh pláště otčního těles Výsledky úloh k smosttnému řešení 1. ) 196 ; b) 1 4 e 79 + e ; c) 56 ; d) ; e) 1 4 4 e + e ; 1 f) + ln( + ).. ) 16 ; b) 108 51 ; c) ; d) 5 f) 8748. 5 4 ; e) ( e ) 5 ; Kontolní test 1. Vypočtěte povch vchlíku kulové plochy o poloměu, jehož výšk je v <. ) v, b) ( + v), c) v, d) ( + v).. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk pboly y = po 8 při otáčení kolem osy. ) 76 15, b) 6, c), d) 15.. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk křivky y = (1 ) po 1 1 při otáčení kolem osy. ) 1 4, b), c), d). 4 8 4. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk řetězovky y = ( e + e ),> 0 konst. po 0 otcí kolem osy. ) c) 4 ( e + e +4), b) e (1 + e ), ( e e +4), d) 4 (4 e + e ). 4-191 -

.4. Obsh pláště otčního těles 5. Vypočtěte povch těles, kteé vznikne otcí ovinné oblsti dné neovnostmi y 0, + y, + y,, > 0 konst. kolem osy. ) (1+ ), b) 7 ( ), c) 4 + 5 (4 + ), d) 7 ( + ). 4 6. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk pboly y = 4 po při otáčení kolem osy y. ) (17 17 + 1), b) (17 17 1), c) (17 17 1), d) (17 17 + 1). 6 6 7. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk křivky po t 0otcí kolem osy. t = t, y = t ), b) 9, c) 6, d) 1. 8. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk křivky = sin t, y = sin t po 0 t. ) 8, b) 16, c) 1, d) 4. 9. Vypočtěte obsh otční plochy, kteou vytvoří oblouk křivky tkti t = cost+ lntg, y = sint po t při otáčení kolem osy. 6 ) 4, b) 8, c) 8 ( 1 ), d). 10. Vypočtěte povch těles, jehož plášť vytvoří oblouk křivky = 4cost+ 4, y = 4sin t po 0 t otáčením kolem osy. ) 48, b) 6, c) 60, d) 54. Výsledky testu 1. );. c);. d); 4. c); 5. b); 6. b); 7. ); 8. d); 9. ); 10. c). Původce studiem Pokud jste spávně odpověděli nejméně v 8 přípdech, pokčujte dlší kpitolou. V opčném přípdě je třeb postudovt kpitolu.4 znovu. - 19 -

.4. Obsh pláště otčního těles Shnutí lekce Obsh otční plochy, kteá vznikne otcí křivky y = f( ) po b kolem osy, vypočteme podle vzthu b S = f( ) 1 + f ( ) d. Je-li křivk otující kolem osy [ ] popsán pmetickými ovnicemi = ϕ( t), y = ψ ( t) po t < α, β >, užijeme po výpočet obshu otční plochy vzth S = ψ( t) [ ϕ ( t) ] + [ ψ ( t) ] β α dt. Stejně jko u integálů po výpočet délky křivky se nám stne, že neumíme integál, kteý obshuje odmocninu, vyjádřit pomocí elementáních funkcí. V těchto přípdech nezbývá než použít nějkou přibližnou metodu. Obshy obecnějších ploch, kteé nejsou otční, lze vypočítt pomocí dvojných integálů. Podobnosti nleznete v tetu Mtemtik III. - 19 -