Об’єм еліпсоїда (але не обертового, а дикого типу) обчислений визначеним інтегралом

Picture of Krystian Karczyński

Krystian Karczyński

Elipsoida nieobrotowa, której objętość mamy policzyć całką oznaczonąСкажімо, нам потрібно обчислити об’єм еліпсоїда:

Цей еліпсоїд перетинає осі x, y, z в координатах 2, і 3 (загальне рівняння еліпсоїда: , де a, b, c – координати перетину).

Це не обертовий еліпсоїд, він не утворюється обертанням будь-якої кривої навколо будь-якої осі, тому ми не можемо використовувати стандартну формулу для об’єму обертового тіла:

Нам потрібно шукати інший спосіб.

1. Обираємо будь-яку точку M(z) в центрі еліпсоїда і на осі OZ.

Площина, що проходить через цю точку і перпендикулярна осі OZ, „вирізає” нам певний еліпс з еліпсоїда:

Elipsoida przekrojona elipsą

2. Визначаємо рівняння проекції „вирізаного” еліпса на площину XY

Rzut elipsy wykrojonej z elipsoidy na płaszczyznę XY

Ми визначаємо рівняння цього еліпса для фіксованого 'z’ (вважаємо 'z’ за константу) з загального рівняння еліпсоїда:

Видно, що наші 'a’ і 'b’ з загального рівняння еліпсоїда () це:

4. Обчислюємо площу цього перерізу в залежності від змінної 'z’

Площа цього еліпса залежатиме від обраної точки 'z’, тобто це буде функція змінної 'z’. Ми можемо обчислити її або за готовою формулою площі еліпса ():

Або обчислюючи відповідний визначений інтеграл (звичайно ж, використовуючи параметричну форму еліпса і формулу площі області в параметричній формі):

5. Обчислюємо об’єм тіла за допомогою площ перерізів

Тепер найскладніше. Об’єм тіла дорівнює – це трохи некрасиво звучить – „сумі” (тобто інтегралу) всіх перерізів, загалом:

де є функцією площ перерізів тіла площиною, перпендикулярною до осі OZ, а 'a’ і 'b’ – це межі, в яких змінюється 'z’.

Тобто у нас:

= (рахуємо, рахуємо, рахуємо…) =

Це відповідає загальній формулі для еліпсоїда ().

КІНЕЦЬ

Варто запам’ятати цю загальну схему, і, перш за все, що об’єм складніших, не обертових тіл можна обчислити, інтегруючи функцію їх площ перерізів.

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Twój komentarz będzie dostępny publicznie na naszej stronie razem z powyższym podpisem. Komentarz możesz zmienić, lub usunąć w każdej chwili. Administratorem danych osobowych podanych w tym formularzu jest eTrapez Usługi Edukacyjne E-Learning Krystian Karczyński. Zasady przetwarzania danych oraz Twoje uprawnienia z tym związane opisane są w Polityce Prywatności.

Kategorie na Blogu