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1、定积分的简单应用——求体积————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期：4.2定积分的简单应用(二）复习：（1）求曲边梯形面积的方法是什么?（2）定积分的几何意义是什么?（3）微积分基本定理是什么?引入：我们前面学习了定积分的简单应用——求面积。求体积问题也是定积分的一个重要应用。下面我们介绍一些简单旋转几何体体积的求法。1.简单几何体的体积计算问题：设由连续曲线yf(x)和直线xa,xb及x轴围成的平面图形(如图甲)绕x轴旋转一周所得旋转体的体积为V，如何
2、求V？分析:在区间[a,b]内插入n1个分点,使ax0x1x2xn1xnb,把曲线yf(x)(axb)分割成n个垂直于x轴的“小长条”，如图甲所示。设第i个“小长条”的宽是xixixi1,i1,2,,n。这个“小长条”绕x轴旋转一周就得到一个厚度是xi的小圆片,如图乙所示。当xi很小时，第i个小圆片近似于底面半径为yif(xi)的小圆柱。因此，第i个小圆台的体积Vi近似为Vif2(xi)xi该几何体的体积V等于所有小圆柱的体积和：V[f2(x1)x1f2(x2)x2f2(xn)xn]这个问题就
3、是积分问题，则有:bf2(x)dxb2(x)dxVfaa归纳：设旋转体是由连续曲线yf(x)和直线xa,xb及x轴围成的曲边梯形绕x轴旋转而成，则所得到的几何体的体积为Vb2(x)dxfa2.利用定积分求旋转体的体积（1）找准被旋转的平面图形，它的边界曲线直接决定被积函数（2）分清端点（3）确定几何体的构造（4）利用定积分进行体积计算3.一个以y轴为中心轴的旋转体的体积若求绕y轴旋转得到的旋转体的体积,则积分变量变为y,其公式为Vbg2(y)dya类型一：求简单几何体的体积例1:给定一个边长为a的正方形，绕其一边旋转一周，得到一个几何体,求它的体积思
4、路：由旋转体体积的求法知，先建立平面直角坐标系，写出正方形旋转轴对边的方程,确定积分上、下限，确定被积函数即可求出体积。解:以正方形的一个顶点为原点，两边所在的直线为x,y轴建立如图所示的平面直角坐标系，如图BC:ya。则该旋转体即为圆柱的体积为:a2dxa2x
5、0aa3Va0规律方法：求旋转体的体积,应先建立平面直角坐标系，设旋转曲线函数为f(x)。确定积分上、下限a,b,则体积Vbf2(x)dxa如图所示，给定直角边为a的等腰直角三角形，绕y轴旋转一周，求形成的几何体的练习1:体积。解:形成的几何体的体积为一圆柱的体积减去一圆锥的体积。Va2ay
6、2dya31y3
7、a2a3a0303类型二:求组合型几何体的体积例2：如图，求由抛物线y28x(y0)与直线xy60及y0所围成的图形绕x轴旋转一周所得几何体的体积。思路:解答本题可先由解析式求出交点坐标。再把组合体分开来求体积。解:解方程组y28x(y0)x2xy60得:4yy28x与直线xy60的交点坐标为(2,4)所求几何体的体积为：V(8x)2dx(6x)2dx1664112260233规律方法:解决组合体的体积问题,关键是对其构造进行剖析,分解成几个简单几何体体积的和或差，然后,分别利用定积分求其体积。练习2:求由直线y2x，直线x1与x轴
8、围成的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。解：旋转体的体积:V14(2x)2dx03类型三:有关体积的综合问题:例３:求由曲线y1x2与y2x所围成的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。2思路：解题的关键是把所求旋转体体积看作两个旋转体体积之差。画出草图确定被积函数的边界确定积分上、下限用定积分表示体积求定积分解：曲线y1x2与y2x所围成的平面图形如图所示：2设所求旋转体的体积为V根据图像可以看出V等于曲线y2x,直线x2与x轴围成的平面图形绕x轴旋转一周所得的旋转体的体积（设为V1）减去曲线y1x2直线x2与x轴围成的平面图形绕x轴2旋转
9、一周所得的旋转体的体积（设为V2）V2(2x)2dx2221x2
10、24xdx10020V221x22x4dx1x5
11、028dx20240455VV1V2481255反思:结合图形正确地把求旋转体体积问题转化为求定积分问题是解决此类问题的一般方法。练习3:求由yx1,y2x2以及y轴围成的图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。9yx1x3解：由2x2得:2yy94x4dxV(x1)dx5133008110误区警示:忽略了对变量的讨论而致错例:已知曲线yx2,y1和直线y0,xa(a0)。试用a表示该四条曲线围成的平面图x形绕x轴旋转一周所
12、形成的几何体的体积。思路：掌握对定积分的几何意义,不要忽视了对变量a的讨论。yx2x1解：由1得1yxy由示
