Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Higher_Mathematics_Part_2

.pdf
Скачиваний:
408
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
7.48 Mб
Скачать

At the point N xN = 0 , thereby cos t = 0 and t N

intersection of the line and ellipse, thereby 2 3 = 4 sin t The area of the rectangle OMCD is equal to:

SOMCD = OM MC = 2 3 6 cos

π

=

Evaluating the area of the region ONCD :

3

 

 

 

= π2 . The point C , sin t = 23 , tC =

6 3 .

π

π

π

 

 

SONCD = 3

4 sin td(6 cos t) = − 243 sin 2 tdt =

 

 

 

π

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

π

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 2t

2

 

 

π

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

(1cos 2t)dt = 12 t

 

 

 

=

12

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

π

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

242 sin 2 tdt =

π

3

3

 

 

 

 

= 2π+3 3 .

4

 

 

is the

π3 .

Hence, S = 2(2π + 3 3 6 3) = 4π − 6 3 .

5. Find the area of the region bounded by the Bernoulli’s lemniscate (x2 + y 2 )2 = x2 y 2 (fig. 2.18).

 

y N

 

ϕ =

π

 

 

4

B

 

C

у

 

M

S1

 

 

 

 

A

O

D x

 

х

 

Fig. 2.17

 

Fig. 2.18

 

Solution. Transform the given equation into a corresponding polar equation. In this case the substitutions x = ρcos ϕ , y = ρsin ϕ are appropriated

ρ 4 = ρ 2 (cos2 ϕ − sin 2 ϕ) , thereby ρ = cos 2ϕ .

Notice that there is symmetry with respect to the x axis and y axis. Consequently,

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

1

4

 

 

π

 

S = 4S1

= 4

 

0

cos 2ϕ d ϕ = sin 2ϕ

 

4

= 1 .

2

 

 

 

 

 

0

 

6. Find the area of the region bounded by the curves ρ = 6 sin 3ϕ and ρ = 3

( ρ 3 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

171

 

 

 

 

 

π

 

 

 

3

π

 

ρ=3

 

 

B

6

 

 

 

 

C

π

 

 

18

 

 

 

О

 

A

 

 

 

 

 

 

ρ = 6

Fig. 2.19

Solution. The curve ρ = 6 sin 3ϕ is called a three-leaved rose. As ϕ

increases from 0 up to

π

, 3ϕ increases from 0 up to π. Thus ρ, which is sin 3ϕ,

3

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

goes from 0 up to 6, then back to 0, for ϕ in

0,

. This gives one loop of the

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

2π

 

three loops making up the graph of ρ = 6 sin 3ϕ . For 0 in

,

, ρ = 6 sin 3ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

is negative (or 0). This yields the lower loop in fig. 2.19. For ϕ in

 

2π

 

, ρ is

 

 

, π

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

again positive, and we obtain the upper left loop. Further choices of

ϕ lead only

to repetition of the loops already shown.

The second function ρ = 3 is the circle. For ρ 3 the given area S is shaded

in fig. 2.21 and is equal to S = 6S ABCA .

 

 

 

 

 

 

Finding the polar coordinates of

А

 

and В:

6 sin 3ϕ = 3 , sin 3ϕ =

1

,

2

 

π

 

 

π

 

 

 

ϕ A =

. There is В on the ray with ϕ B

=

.

 

 

 

 

6

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

As is shown the area of S ABCA = SOABO SOACO , where ОАСО is a sector that is subtended by a central angle π6 . Evaluating the area of it:

SOACO = 12 R 2 α = 12 9 π6 18π = π2 .

172

Thereafter

π

 

π

π

SOABO =

 

1

 

 

6

36 sin 2 3ϕdϕ = 9 6

(1cos 6ϕ)dϕ = 9(ϕ −

sin 6ϕ

)

 

6

 

= π +

3 3 .

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

Hence

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S = 6

π

 

 

 

= 3π +

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Arc length

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Find the arc length of the curve y =x2 for x in [0,1] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. By the given formula l = b

1+ (y)2 dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Since y = x2,

y′ = 2x. Thus l = 1

 

 

 

1 + 4x2 dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x = tdt dx =

 

 

 

dt

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 arctg 2

dt

 

 

 

1 arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2cos2 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

0

 

sec3 tdt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

cos3 t

2

 

 

 

 

 

 

 

x = 0 t = 0; x = 1 t = arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

arctg 2

 

1

 

 

arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg t 1+ tg

2

t

 

 

arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

sect tg t

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

sectdt

=

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 arctg 2 sect (sect + tg t )

 

 

 

 

 

2

 

5

 

 

 

 

 

 

1 arctg 2 sec2 t + sect tg t

 

 

 

 

2

5

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

=

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt =

 

 

+

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sect + tg t

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

sect + tg t

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

sect + tg t

 

 

 

2

 

 

 

5

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1+ tg2 t

+ tg t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

ln

 

 

 

 

 

=

 

 

 

+

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

4

0

 

 

 

 

 

4

 

 

4

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2 5

+

1

ln( 5 +2) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Find the length of one arch of the cycloid

x = a(t sin t) , y = a(1cos t) Solution. Here the parameter is t and we compute xt/

xt/ = a(1cos t);yt/ = a sin t.

.

and yt/ :

173

(xt/ )2 +(yt/ )2 dϕ .

To complete, one arch varies from 0 to 2π (see fig. 2.20). By given formula

β

the length of one arch is: l =

α

y

 

 

 

 

 

a

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2.20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

t dt =

 

l =

a 2 (1cos t)2 + a 2 sin 2 tdt = a

2 2 cos tdt = a

 

4 sin 2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

t

 

 

 

 

 

t

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2a

 

 

 

2a sin

 

 

 

 

4a cos

 

= 8a .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

dt =

 

dt

= −

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Find the arc length of the curve ρ = sin ϕ (fig. 2.21).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

Solution. Since ρ ≥ 0, then 0 ≤ ϕ ≤ π. Hence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l =

sin2 ϕ + cos2 ϕdϕ = dϕ = π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Remark. It is no surprise that the graph appears to be a

О

 

 

circle.

 

 

The

equation

 

in

rectangular

 

coordinates

 

that

x corresponds

to

the

 

polar

equation

 

ρ = sin ϕ

 

 

is

Fig. 2.21

 

x 2 + ( y 1/ 2)2 = 1/ 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Volume of a solid

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

10. Find the volume

of

the

solid

 

bounded by

the

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

paraboloid

z = x

2

 

+

y 2

 

 

and

 

cone

x

2

+

 

y 2

= z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

(fig. 2.22).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. There is a region between the paraboloid and

 

 

 

 

 

 

 

cone. The volume V of it is equal to

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = Vп Vк ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

where Vn is the volume of the paraboloid between the point

 

 

z = 0 and the plane z = 1 (they are the roots of the equation

Fig. 2.22

 

 

 

z = z 2 ) and Vk is the volume of the cone between them.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

174

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

y 2

 

The perpendicular

section

 

to

axis

are

the

ellipses

( z )2 + (2

z )2

= 1

(with the paraboloid)

and

 

x 2

 

 

+

 

 

 

y 2

 

 

= 1

 

(with the cone). As is

generally

 

z

2

 

 

 

(2z)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

known the area of ellipse

x 2

 

+

y 2

 

= 1 is πab.

 

 

 

 

 

 

a 2

 

b2

 

 

 

 

 

 

 

Hence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

V = Vп Vк = π

z 2

 

zdz − πz 2zdz = π2zdz − π2z 2 dz =

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

= πz

2

 

1

2

 

πz

3

 

1

=

π

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

3

 

 

 

0

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. The region between

 

 

 

x 2 + y 2

= 1,

 

 

y =

 

2x 2

and x = 0 ( x 0 )

is

revolved around the a) x axis (fig. 2.23); b) y axis (fig. 2.24). Find the volume of the solids of revolution produced.

 

 

 

y

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2.23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2.24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. Evaluating the system

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

x 2

+ y 2

= 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

=

 

2x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 = 16x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

> 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

we get x =

and

y =

. Thereafter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

3

 

2

 

 

 

2

 

11 2

 

а) V = π [(1x

2

) 2x

4

]dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 2

 

 

 

 

π x

 

 

3

5

x

 

 

 

=

30

 

π ;

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

175

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

y

 

1

 

 

y2

 

2

 

 

 

16 7

2

 

 

 

 

y2 )dy = π

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b) V = π

 

 

 

dy + π

 

(1

 

 

 

2 + π y

 

 

 

 

 

=

 

 

 

π .

 

0

 

2

 

2

 

 

2 2

0

 

3

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

В(0; a) A(a; 0)

12. The asteroid x = a cos3 t , y = a sin 3 t

(fig. 2.25) is revolved around the x axis. Find the volume of the solids of revolution produced.

Solution. Notice that there is symmetry with respect to the x axis. We can find only the volume of

ООАВ, which is revolved around the x axis and multiple

xthe result by 2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

Fig. 2.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = 2πy 2 (x)dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This prompts the following maneouver:

 

x = a cos3 t ,

 

dx = −3a cos2 t sin tdt ,

y = a sin 3 t .

If

x = 0 , then tB =

π

and if

x = a , then t A = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = 2π(a sin 3 t)2 (3a) cos2 t sin tdt = 6πa3 2 sin 7 t cos2 tdt =

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2 π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6πa3 2 sin 7 t(1sin 2 t)dt = 6πa3 (2 sin 7 tdt 2 sin 9 tdt) =

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

= 6πa3 (

6

 

4

 

2

8

 

6

 

4

 

2

) =

 

 

32

 

πa3 .

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

7

 

3

105

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3

9

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

We used the reduction formula: 2 sin n xdx =

n 1

2 sin n2 xdx .

n

 

 

0

0

 

 

Exercises for class and homework

 

Т.8

 

 

 

 

 

Find the area of the region bounded by the given curves (or lines).

1.

xy = 4 , y = 1, y = x + 3 .

2.

y = x 2 3x + 3 , y = − x 2 + x + 9 .

3.

y 2 2 y 2x 3 = 0 , y x + 1 = 0 .

 

176

4. y = tg x , y = sin x 2 , x = − π4 , x = π4 .

5.y = 16 , y = 17 x 2 .

x2

6.

xy = 20 ,

x 2 + y 2 = 41 (Quadrant І).

7.

y =

 

1

 

, 2y = x 2 .

 

+ x 2

 

1

 

8.y = 0 , y = arcsin x , y = arccos x .

9.ρ = 2 sin 2ϕ .

10.ρ = 4 cos 2ϕ , ρ = 2 ( ρ ≥ 2 ).

11.ρ = 2 + cos ϕ .

12.ρ = sin 2 ϕ2 (righter of ray ϕ = π2 ).

13. ρ =

4

, ϕ =

π

, ϕ =

π

.

cos(ϕ − π / 6)

6

3

 

 

 

 

14.(x 2 + y 2 )3 = 4xy(x 2 y 2 ) .

15.x 4 + y 4 = x 2 + y 2 .

16.

x = a cos3 t ,

y = b sin 3 t .

17.

x 2

+ y 2 = 1,

x = 1 ( x 1).

4

 

 

 

18.x = 2(t sin t) , y = 2(1cos t) , y = 1( y 1 ). Find the arc length.

19.y = ln x from x = 3 to x = 8 .

20. y = ln(1x 2 )

from x = 0 to

x =

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

21.

y = ln sin x from x =

π

to

x =

π

.

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

22.

y =

x 2

from

x = 0 to

x = 1 .

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.x = 9(t sin t) , y = 9(1cos t) (only one arch of the cycloid) .

24.x = 8 sin t + 6 cos t , y = 6 sin t 8 cos t , 0 t π2 .

177

25.

x =

t 3

 

t ,

 

y = t 2 + 2 ,

0 t 3 .

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

26.

y = x x 2

+ arcsin

 

x .

27.

x = a cos5 t , y = a sin 5 t .

28.

ρ = sin

3 ϕ

,

0 ≤ ϕ ≤

π

.

3

2

 

 

 

 

 

 

 

29.ρ = 1+ cos ϕ .

30.ρ = ϕ 2 , 0 ≤ ϕ ≤ π .

31.ρ = ϕ1 , 34 ≤ ϕ ≤ 43 .

32.

Find the volume of the solid bounded by the paraboloid

z =

x 2

+

y 2

4

2

 

and the plane z = 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

33.

Find the volume of the solid bounded by the hyperboloid of one sheet

x 2

4

the

+

y 2

z 2 = 1 and the planes z = −1 and z = 2 .

 

9

 

The region bounded by the given curves is revolved around the x axis. Find volume of the solid of revolution produced.

34. y =

 

64

, 8y = x 2 .

35. y 2 = x , y = x 2 .

 

+ x 2

16

 

 

Answers

1. 4ln 4 + 3/ 2 . 2. 22

2

. 3. 18. 4. π. 5. 18.

6.

41

arcsin

9

+ 20ln 0,8 .

7.

π

1

.

3

2

41

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

2 1 . 9. π . 10.

 

 

+

 

. 11. 9π / 2 . 12. (3π − 8) / 32 .

13.

.

14. 1.

 

15. π

2 .

4

3

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.

3

πab . 17.

2π

 

3 .

18.

16

π + 5 3 .

19. 1 +

 

1

ln

3

.

 

20.

 

ln 3

 

1

.

 

21.

1

ln 3 .

 

8

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

22.

 

 

2 +ln(1

+

2 )

 

.

23. 72.

 

 

24. 5π . 25. 12.

26. 2. 27.

5a

1+

 

 

 

 

 

ln

(

2 +

3

)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

5

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.

(2π − 3 3) .

29.

8.

 

30.

 

((π2 + 4)3/ 2

8) . 31.

 

+ ln

. 32.

2π .

 

33.

 

36π .

8

 

3

12

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34.

16π(3π + 10) /5. 35.

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

178

Т.8 Individual test problems

8.1. Find the area of the region bounded by the given curves (or lines).

8.1.1. y = x2 2x 1 , 2y = 3x 2 .

8.1.2. 4y = x2 , 2y = 6 x2 .

8.1.3. x = y 2 2 y , x = − y 2 + 2y + 6 .

8.1.4. y = x 4 x , y = 0 .

8.1.5. y = x2 6x +6,

y =−x2 +2x .

8.1.6. x = y 2 2 , y = − x .

8.1.7. y = x2 + 4x + 2 ,

y = 2 + x .

8.1.8. x = y 2 2y 2 , y = − x .

8.1.9. x = y 2 + 2y 2 , y = −2 x .

8.1.10. y = x arctg x , 0 x 1 .

8.1.11. y =

1

, y = 0 , x = 0 , x = 4 .

8.1.12. y = x2 +5x, y = 7 x .

1

+

x

 

 

 

8.1.13. x = y 2 2y 1,

y = 1 x .

8.1.14. y = 3x 4, y =−x2 .

8.1.15. x = y 2 + 2y 1,

y = −1 x .

8.1.16. y2 = 4 x, x = y2 2 y .

8.1.17. y = x tg2 x , 0 x ≤ π / 4 .

8.1.18. y = x2 + 6x, y = − x2 .

8.1.19. y = cos3 x sin 2x , 0 x ≤ π / 4 .

8.1.20. y = xcos2 x , 0 x ≤ π / 2 .

8.1.21. y = x

4 x2 , y = 0 , 0 x 2 .

8.1.22. y = xsin2 x, 0 x ≤ π / 4 .

8.1.23. y = sin 4 x sin 2x , 0 x ≤ π / 3 .

8.1.24. y = x24x + 2, y = 2 x.

8.1.25. y =

x

, y = 0 ,

0 x 1 .

8.1.26. x =y2+2 y +3, x=82 y.

1

+

x

 

 

 

8.1.27. y = 2x 2 12x + 16 ,

y = x 2 5x + 4 .

8.1.28. y = x2 +8x +7,

y =−x2 2x 5 .

8.1.29. y = x

9x2 ,

y = 0 , 0 x 3 .

 

8.1.30. x = 2y 2 8y + 6 ,

x = y 2 3y .

 

8.2. Find the area of the region bounded by the indicated curve.

8.2.1.ρ =1+cos ϕ , ρ =1 ( ρ ≥1 ).

8.2.2.ρ = 2 +cos ϕ .

8.2.3.ρ =1+cosϕ , ρ =3 / 2 ( ρ ≤3/ 2 ).

8.2.4.ρ = 2sin ϕ .

8.2.5.ρ =1+sin ϕ , ρ =1/ 2 ( ρ ≥1/ 2 ).

8.2.6.ρ =3cos ϕ .

8.2.7.ρ =1sin ϕ , ρ =1 ( ρ ≤1 ).

8.2.8.ρ = 2 +cos 2ϕ .

8.2.9.ρ =1cos ϕ , ρ =1 ( ρ ≥1 ).

179

8.2.10.ρ =3+sin 2ϕ .

8.2.11.ρ =1sin ϕ , ρ =3 / 2 ( ρ ≥3/ 2 ).

8.2.12.ρ =1+2cos ϕ .

8.2.13.ρ = 2 cos 2ϕ , ρ = 1 (ρ ≥ 1).

8.2.14.ρ =1+2sin ϕ .

8.2.15.ρ = 4 sin 2ϕ, ρ = 2 (ρ ≥ 2).

8.2.16.ρ = cosϕ + sinϕ.

8.2.17. ρ = 6 cos 3ϕ, ρ = 3

3 ( ρ ≥3 3 ).

8.2.18. ρ =cosϕ inϕ.

 

8.2.19. ρ = 2 sin 3ϕ, ρ =

3 ( ρ ≥ 3 ).

8.2.20.ρ = cos2 ϕ .

8.2.21.ρ = cos 2ϕ + sin 2ϕ.

8.2.22.ρ =sin2 ϕ .

8.2.23.ρ = 3 cos ϕ , ρ =sin ϕ .

8.2.24.ρ = 3 + cos 2ϕ.

8.2.25.ρ = tg ϕ , ϕ = π / 3 .

8.2.26.ρ = cos2 2ϕ .

8.2.27.ρ = 1+ tg ϕ , ϕ = π / 4 .

8.2.28.ρ = cos ϕ2 .

8.2.29.ρ = 4sin2ϕ , ρ = 2 3 ( ρ ≥ 2 3 ).

8.2.30.ρ = 2 cos 2ϕ .

8.3.Find the area of the region bounded by the indicated curve.

8.3.1.x = 4 2 cos3 t, y = 2 2 sin3 t, x = 2 ( x 2 ).

8.3.2.x = 16 cos3 t, y = 2 sin3 t, x = 2 ( x 2 ).

8.3.3. x = 2 cos t, y = 6 sin t, y = 3 ( y 3 ).

8.3.4. x = 2(t sin t), y = 2(1cos t),

y = 3 ( y 3 , 0 x 4π ) .

8.3.5. x = 16 cos3 t, y = sin3 t, x = 2 ,

x = 6

3 ( 2 x 6 3 ).

8.3.6. x = 6 cos t, y = 2 sin t, y = 1 ,

y = 3 (1 y 3 ).

8.3.7. x = 3(t sin t), y = 3(1cos t),

y = 3

( y 3 , 0 x 6π ) .

8.3.8. x = 8

2 cos3 t, y =

2 sin3 t,

x = 4 ( x 4 ).

8.3.9. x = 2

2 cos t, y = 3

2 sin t,

y = 3 ( y 3 ).

8.3.10. x = 6(t sin t), y = 6(1 cost),

y = 3 ,

y = 9 ( 3 y 9 , 0 x 2π ).

8.3.11. x = 32 cos3 t, y = sin3 t, x = 4 ( x

4 ).

180

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]