Рады, что вам понравилась статья 😊
Вообще-то площади пространственных тел находятся при помощи двукратных интегралов. Но, для поверхностей, образованных вращением гладкой кривой вокруг некоторой оси, площадь определяется через определенный интеграл. В частности:
Площадь поверхности, образованной вращением гладкой кривой вокруг оси
где меняется на отрезке находится по формуле:
.
Более общая формула: пусть пространственная кривая задана параметрически: . Предполагается, что функции непрерывно дифференцируемы. Пусть нам нужно найти площадь поверхности фигуры получаемой вращением данной кривой вокруг некоторой оси. Тогда искомую площадь можно найти по формуле:
,
где - расстояние от точки кривой до оси вращения, а - дифференциал дуги .
Приведем примеры.
Пример 1 Найти площадь поверхности вращения кривой вокруг оси .
Здесь применяем первую формулу. У нас на . Дифференциал дуги: , так что получаем:
.
Пример 2 Найти площадь поверхности вращения одной арки циклоиды вокруг осей и .
- Сначала находим площадь фигуры вращения вокруг оси . Расстояние до оси равно , а дифференциал дуги:.Находим площадь: .
- Теперь найдем площадь фигуры вращения вокруг оси . Дифференциал дуги тот же, что и в первом случае, а расстояние до оси равно при . Находим площадь: .
Пример 3 Найти площадь поверхности полученной вращением кардиоиды относительно левой вертикальной касательной к этой кривой.
Найдем уравнение этой вертикальной касательной. Запишем уравнение кардиоиды в параметрическом виде, взяв в качестве параметра . Имеем:
.
Для вертикальной касательной должно выполняться условие: . Найдем значения параметра при которых это условие выполняется:
при , а так же при (точка на рисунке) и (точка на рисунке). Для обеих точек . Находим дифференциал дуги кардиоиды:
Расстояние от произвольной точки кардиоиды до прямой равно:
.
Теперь найдем площадь поверхности:
Здесь промежуток такой, что модуль раскрывается со знаком при и со знаком если . Из рисунка видно, что мы можем рассмотреть интеграл при , и его удвоить:
.