- 6.59
- 11-ci sinif
- İnteqral
Fırlanmadan alınan fiqurların həcmi
Dulusçu çarxında fırlanan gil kasaya çevrilir. Kasaya nə qədər su sığar? Cavab bir əyridə gizlənib: əyrinin altındakı fiqur Ox oxu ətrafında fırlanır, alınan cismi nazik disklərə bölüb həcmlərini inteqralla toplayırıq.
Bu dərsdə
- müstəvi fiqurun fırlanmasından alınan cismi təsəvvür edəcək, dilimin radiusunu f(x) kimi tanıyacaqsan;
- V = π∫(f(x))²dx düsturunun dilimləmə üsulundan necə alındığını izah edəcəksən;
- düsturu çoxhədli, konus və iki əyri arasındakı fiqur üçün tətbiq edəcəksən.
- Dilimlərə böl
- Disk düsturu
- Hesabla
- İki əyri
- Diqqət
- Həyatda
- Özünü yoxla
1 · Kəşf et
Cismi dilimlərə bölək
Sahə müstəvi fiqurların, həcm isə fəza cisimlərinin ədədi ölçüsüdür. Prizma, silindr, konus və kürənin həcm düsturlarını bilirsən. Bəs kasa kimi əyri səthli cismin həcmini necə tapaq?
10-cu sinifdə Kavalyeri prinsipi ilə tanış olmusan: iki cismi paralel müstəvilərlə kəsəndə alınan kəsiklərin sahələri bərabərdirsə, həcmləri də bərabərdir. Bu prinsipi italyan riyaziyyatçısı Bonaventura Kavalyeri (1598–1647) aşkar etmişdir. Deməli, həcmi kəsiklərin sahələri müəyyən edir — bu fikirdən dilimləmə üsulu (kəsikləri toplama) yaranır.
Cismi Ox oxuna perpendikulyar müstəvilərlə qalınlığı Δx olan nazik dilimlərə bölək. xi nöqtəsindən keçən kəsiyin sahəsi S(xi)-dirsə, dilimin həcmi təqribən S(xi)·Δx-dir. Bütün dilimləri toplayırıq, Δx-i isə getdikcə kiçildirik:
V ≈ ΣS(xi)·ΔxV = limΔx→0 ΣS(xi)·Δx = inteqral a-dən b-ə qədər S(x) dx
Sonuncu bərabərlik müəyyən inteqralın tərifidir: həcm kəsiyin sahəsinin inteqralıdır.
İndi bunu fırlanma cismində yoxlayaq. y = √x əyrisinin [0; 4] parçasındakı hissəsi Ox oxu ətrafında fırlananda alınan cismin hər kəsiyi dairədir. Cismi n diskə bölək: hər diskin qalınlığı Δx = 4/n, radiusu isə diskin sol ucunda √xi-dir. Bir diskin həcmi π·(√xi)²·Δx = π·xi·Δx olur.
n = 4, Δx = 1: π(0 + 1 + 2 + 3)·1 = 6π.
n = 8, Δx = 0,5: π(0 + 0,5 + 1 + … + 3,5)·0,5 = π·14·0,5 = 7π.
n = 16, Δx = 0,25: π(0 + 0,25 + … + 3,75)·0,25 = π·30·0,25 = 7,5π.
2 · Qayda
Disk düsturu
f(x) funksiyası [a; b] parçasında kəsilməz və f(x) ≥ 0 olsun. Qrafik, Ox oxu və x = a, x = b düz xətləri ilə hüdudlanmış fiqur Ox oxu ətrafında fırlanır. Qrafikin hər nöqtəsi radiusu f(x) olan çevrə cızır, ona görə hər kəsik dairədir: S(x) = π(f(x))².
Yadda saxla
Fırlanmadan alınan cismin həcmi:
V = πinteqral a-dən b-ə qədər (f(x))2 dxHər dilim alçaq silindrdir (disk): radiusu r = f(x), hündürlüyü — qalınlığı dx. Silindrin həcmi πr²h olduğundan diskin həcmi π(f(x))²dx-dir; inteqral bütün diskləri toplayır.
Kəşf et addımındakı cismə tətbiq edək: f(x) = √x, [0; 4].
V = πinteqral 0-dən 4-ə qədər (√x)² dx = πinteqral 0-dən 4-ə qədər x dx = π·x²2 / |04 = π·162 / = 8π
Disklərin cəmi (6π, 7π, 7,5π) məhz 8π-yə yaxınlaşırdı. Hesablamada Nyuton–Leybnis düsturundan istifadə edirik: inteqral a-dən b-ə qədər g(x)dx = G(b) − G(a), burada G — g-nin ibtidai funksiyasıdır.
1 · Şəkil çək
fiqur → cisimFiquru və fırlanma oxunu çək, dilimin dairə olduğunu gör.
2 · Radiusu yaz
r = f(x)Kəsiyin sahəsini x-in funksiyası kimi yaz: S(x) = π(f(x))².
3 · İnteqralla
πinteqral a-dən b-ə qədər f² dxSərhədləri a və b olan inteqralı Nyuton–Leybnis düsturu ilə hesabla.
3 · Hesabla
Düsturu tətbiq edək
f(x) = x² + 1 funksiyasının qrafiki ilə [−1; 2] parçasında hüdudlanmış fiqur Ox oxu ətrafında fırlanır. Alınan cismin həcmini tapın.
- Radius f(x) = x² + 1-dir: V = πinteqral −1-dən 2-ə qədər (x² + 1)² dx.
- Kvadrata yüksəldirik: (x² + 1)² = x⁴ + 2x² + 1.
- İbtidai funksiya: F(x) = x⁵5 / + 2x³3 / + x.
- F(2) = 325 / + 163 / + 2 = 20615 / , F(−1) = −15 / − 23 / − 1 = −2815 / .
- Fərq: π·(20615 / + 2815 / ) = π·23415 / = 78π5 / .
V = 78π/5 kub vahid
Oturacağının radiusu r, hündürlüyü h olan konusun həcmini inteqralla tapın.
- Konusun təpəsini O nöqtəsinə, oxunu Ox oxu üzərinə qoyaq. Konus düz xəttin altındakı üçbucağın fırlanmasından alınır: radius 0-dan r-ə qədər bərabər artır, f(x) = rh / x, x ∈ [0; h].
- V = πinteqral 0-dən h-ə qədər r²x²h² / dx = π·r²h² / ·x³3 / |0h = π·r²h² / ·h³3 / .
V = πr²h/3 — bildiyimiz konus düsturu
4 · İki əyri
Dilim halqa olanda
Fiqur iki əyri arasındadırsa — yuxarıda f(x), aşağıda g(x), f(x) ≥ g(x) ≥ 0 — fırlananda cismin ortası boş qalır. Onda dilim disk deyil, halqadır: böyük dairədən kiçik dairə çıxılır.
Halqa düsturu
V = πinteqral a-dən b-ə qədər (f² − g²) dxHalqanın sahəsi πf² − πg²-dir: kvadratların fərqi.
Yuxarıdakı əyri parçanın ortasında dəyişirsə, parçanı o nöqtədə bölüb həcmi iki inteqralın cəmi kimi hesablayırıq.
y = √x və y = x xətləri ilə hüdudlanmış fiqur Ox oxu ətrafında fırlanır. Cismin həcmini tapın.
- Kəsişmə nöqtələri: √x = x ⇒ x = 0 və x = 1. Arada √x böyükdür (məsələn, √0,25 = 0,5 > 0,25), deməli f = √x, g = x.
- V = πinteqral 0-dən 1-ə qədər ((√x)² − x²) dx = πinteqral 0-dən 1-ə qədər (x − x²) dx.
- π(x²2 / − x³3 / )|01 = π(12 / − 13 / ) = π6 / .
V = π/6 kub vahid
5 · Diqqət
Fərqi yox, kvadratları çıx
Səhv
Radiusların fərqini kvadrata yüksəltmək halqanı radiusu R − r olan kiçik dairəyə çevirir.
Düzgün
πinteqral 0-dən 1-ə qədər (x − x²) dx = π6 /Əvvəl hər radiusu kvadrata yüksəlt, sonra çıx: R² − r².
6 · Həyatda
Dulusçunun kasası
Dulusçu çarxında gil öz oxu ətrafında fırlanır, usta isə profili — kasanın kəsikdəki əyrisini — əli ilə formalaşdırır. Deməli, hər dulus qabı bir fırlanma cismidir. Kasanı yan üstə qoysaq, oxu Ox oxu olar.
Tutaq ki, kasanın daxili profili y = 3√x, 0 ≤ x ≤ 9 (santimetrlə) əyrisidir: x — dibdən ağza doğru məsafə, y — həmin hündürlükdə radius. Kasaya nə qədər su sığar?
V = πinteqral 0-dən 9-ə qədər (3√x)² dx = πinteqral 0-dən 9-ə qədər 9x dx = π·9x²2 / |09 = 729π2 / = 364,5π ≈ 1145 sm³ ≈ 1,1 litr
| Cisim | Həcm |
|---|---|
| Silindr, r = 9, h = 9 | π·9²·9 = 729π |
| Kasa, y = 3√x | 364,5π |
Kasa eyni radiuslu və eyni dərinlikli silindrin düz yarısını tutur. Bu, kasanın divarı əyri olduğuna görədir: dibə yaxın radius kiçikdir.
Bu, dərs üçün seçilmiş sadə modeldir: əsl kasanın dibi yastıdır və profili tam olaraq 3√x deyil, amma həcm eyni yolla — profili inteqrallayaraq — tapılır.
7 · Özünü yoxla
Bacarığını sına
Cavabı seç — düzgün olanda yaşıl, səhv olanda qırmızı işıqlanacaq. Həllinə də baxa bilərsən.
-
Asan
y = 2x funksiyasının qrafikinin [0; 1] parçasındakı hissəsi Ox oxu ətrafında fırlanır. Hansı fiqur alınır?
Düzdür! Radius 0-dan 2-yə qədər bərabər artır.
Yox. Radius y = 2x sabit deyil, x = 0-da sıfırdır — təpə nöqtəsi var.
Həllə bax
Fırlanan hissə O(0; 0) və (1; 2) nöqtələrini birləşdirən parçadır. x = 0-da radius 0 (təpə), x = 1-də 2 (oturacaq). Bu, hündürlüyü 1, radiusu 2 olan konusdur.
-
Asan
f(x) = x funksiyasının qrafiki ilə [0; 1] parçasında hüdudlanmış fiqur Ox ətrafında fırlanır. Həcm neçədir?
Əla! π∫x²dx = π/3.
Yox. Radiusu kvadrata yüksəlt və π vuruğunu unutma: V = π∫x²dx.
Həllə bax
V = π∫01 x² dx = π·x³/3 |01 = π/3. π/2 kvadratı unudanda (π∫x dx), 1/3 isə π-ni unudanda alınır.
-
Orta
f(x) = x + 1, [0; 3]. Ox ətrafında fırlanmadan alınan cismin həcmini tap.
Düzdür: π·(64 − 1)/3 = 21π.
Yoxla: (x + 1)²-nin ibtidaisi (x + 1)³/3-dür — həm kvadrat, həm 1/3 lazımdır.
Həllə bax
V = π∫03(x + 1)² dx = π·(x + 1)³/3 |03 = π(64 − 1)/3 = 21π. 7,5π kvadratsız, 63π isə 1/3-siz alınır.
-
Orta
y = |x| funksiyasının x ∈ [2; 5] parçasındakı qrafiki absis oxu ətrafında fırlanır. Cismin həcmini tap (π = 3).
Bəli: 39π = 39·3 = 117.
Yox. [2; 5]-də |x| = x; V = π∫x²dx, ibtidai x³/3.
Həllə bax
[2; 5]-də |x| = x. V = π∫25 x² dx = π(125 − 8)/3 = 39π = 39·3 = 117. Bu cisim kəsik konusdur. 31,5 kvadratsız, 351 isə 1/3-siz alınır.
-
Çətin
y = x² və y = x xətləri ilə hüdudlanmış fiqur Ox ətrafında fırlanır. Həcm neçədir?
Əla! Kvadratların fərqi: π∫(x² − x⁴)dx.
Yox. [0; 1]-də x ≥ x²; halqa düsturu: π∫(x² − (x²)²)dx.
Həllə bax
Kəsişmə: x = 0 və x = 1; arada x ≥ x². V = π∫01(x² − x⁴) dx = π(1/3 − 1/5) = 2π/15. π/30 fərqi kvadrata yüksəldəndə, π/6 isə radiusları kvadrata yüksəltməyəndə alınır.
-
Çətin
y = √(R² − x²), −R ≤ x ≤ R yarımçevrəsi Ox ətrafında fırlanır. Alınan kürənin həcmi neçədir?
Düzdür! Kürənin həcm düsturunu inteqralla çıxardın.
Yox. (√(R² − x²))² = R² − x²; inteqralı bütün [−R; R] parçasında hesabla.
Həllə bax
V = π∫−RR(R² − x²) dx = π(R²x − x³/3)|−RR = π(2R³ − 2R³/3) = 4πR³/3. 2πR³/3 yalnız [0; R] yarısı — yarımkürədir.
Xülasə
Yadda qalanlar
- V = πinteqral a-dən b-ə qədər (f(x))² dxHər dilim disk: radiusu f(x), qalınlığı dx; inteqral diskləri toplayır.
- πinteqral a-dən b-ə qədər (f² − g²) dxİki əyri arasında dilim halqadır: əvvəl kvadratla, sonra çıx.
- şəkil → radius → inteqralFırlanma cismini çək, radiusu f(x) kimi yaz, Nyuton–Leybnis düsturu ilə hesabla.
Növbəti mövzu: 6.60 Statistik göstəricilər