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

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.

Krystian Karczyński

Założyciel i szef serwisu eTrapez.

Magister matematyki Politechniki Poznańskiej. Korepetytor matematyki z wieloletnim stażem. Twórca pierwszych Kursów eTrapez, które zdobyły ogromną popularność wśród studentów w całej Polsce.

Mieszka w Szczecinie. Lubi spacery po lesie, plażowanie i kajaki.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Ваш коментар буде доступний публічно на нашому сайті разом з вищезазначеним підписом. Ви можете змінити або видалити свій коментар в будь-який час. Адміністратором особистих даних, наданих у цій формі, є eTrapez Usługi Edukacyjne E-Learning Krystian Karczyński. Правила обробки даних та ваші пов'язані з ними права описані в Політиці конфіденційності.