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        淺析微積分中求旋轉(zhuǎn)體體積的技巧

        2019-07-19 06:06:12聞卉鄭列
        科教導(dǎo)刊·電子版 2019年15期
        關(guān)鍵詞:積分旋轉(zhuǎn)軸體積

        聞卉 鄭列

        摘 要 本文針對微積分教學(xué)中求旋轉(zhuǎn)體體積時,涉及到旋轉(zhuǎn)軸的特點,給出了求旋轉(zhuǎn)體體積的積分技巧,并通過具體例題加以闡述。

        關(guān)鍵詞 旋轉(zhuǎn)軸 體積 積分

        中圖分類號:O172.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        0引言

        已知某一平面圖形繞著平面內(nèi)的某一直線(旋轉(zhuǎn)軸)旋轉(zhuǎn)一周所得的立體稱之為旋轉(zhuǎn)體,求旋轉(zhuǎn)體的體積是微積分教學(xué)內(nèi)容“定積分應(yīng)用”章節(jié)的重點內(nèi)容,尤其是曲邊梯形繞軸或軸旋轉(zhuǎn)一周而成的立體的體積的計算是經(jīng)管專業(yè)的學(xué)生必須掌握的知識,求這類旋轉(zhuǎn)體的體積采用的是微元法的思想,即通過“分割”的方法,將不規(guī)則的立體的體積用圓柱體近似替代,從而用定積分刻畫體積公式。該內(nèi)容比較抽象,對學(xué)生畫圖的要求也較高,這類題型是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中普遍存在的難點.本文針對這一現(xiàn)象,通過具體例題加以說明,分析處理這類題目的技巧。

        1基礎(chǔ)知識

        (1)曲邊梯形繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得立體的體積。

        (2)曲邊梯形繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得立體的體積。

        2實例

        下面針對具體例題闡述如何靈活的理解和掌握上述基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用。

        例1:求由,=2所圍的平面圖形D繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得旋轉(zhuǎn)體的體積。

        說明:(1)先畫出平面圖形D,再利用對稱性畫出旋轉(zhuǎn)體;(2)寫體積公式即定積分:旋轉(zhuǎn)軸為軸,不妨在體積的計算公式中取為積分變量,由D被兩條鉛直線和夾住確定積分區(qū)間:積分下限和積分上限,在軸上任取一點(在積分區(qū)間內(nèi)),過該點作垂直于軸的平面去截旋轉(zhuǎn)體,所得的截面(圓面)的面積即為被積函數(shù)。

        例2:求由,所圍的平面圖形D繞直線旋轉(zhuǎn)一周所得旋轉(zhuǎn)體的體積。

        說明:(1)先畫出平面圖形D,再畫出D關(guān)于直線=1的對稱圖形,再利用對稱性畫出旋轉(zhuǎn)體;(2)寫體積公式即定積分:旋轉(zhuǎn)軸為(平行于軸),故在體積的計算公式中仍取為積分變量,由D被兩條鉛直線和夾住確定積分區(qū)間:積分下限和積分上限,在旋轉(zhuǎn)軸上任取一點(在積分區(qū)間內(nèi)),過該點作垂直于軸的平面去截旋轉(zhuǎn)體,所得的截面(圓環(huán)面)的面積即為被積函數(shù)。

        例3:求由,和所圍的平面圖形D繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得旋轉(zhuǎn)體的體積。

        說明:(1)先畫出平面圖形D,再畫出D關(guān)于軸的對稱圖形,再利用對稱性畫出旋轉(zhuǎn)體;(2)寫體積公式即定積分:旋轉(zhuǎn)軸為軸,故在體積的計算公式中取為積分變量,由D被兩條水平線和夾住確定積分區(qū)間:積分下限和積分上限,在軸上任取一點(在積分區(qū)間內(nèi)),過該點作垂直于軸的平面去截旋轉(zhuǎn)體,所得的截面(圓環(huán)面)的面積即為被積函數(shù)。

        3結(jié)語

        本文針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中普遍存在的難點,給出了平面圖形分別繞軸(或平行于軸)和繞軸旋轉(zhuǎn)一周所得旋轉(zhuǎn)體的體積的解題技巧,寫體積公式的技巧關(guān)鍵在于:首先由旋轉(zhuǎn)軸確定積分變量,然后由平面圖形的特點(被鉛直線或水平線夾?。┐_定積分變量的積分限,最后根據(jù)截面的面積寫被積函數(shù)。

        基金項目:課題來源:湖北省高校人文社會科學(xué)重點研究基地項目,編號:DSS20170304。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 蔡光興,李德宜.微積分(第二版)[M].北京:科學(xué)出版社,2011.

        [2] 蔡振鋒,常濤.微積分習(xí)題集(第二版)[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,2016.

        [3] 張建.旋轉(zhuǎn)體體積計算中的微元法思想應(yīng)用[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2017,33(04): 104-110.

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