घूर्णन पिंड का निश्चित अभिन्न आयतन। एक निश्चित समाकलन का उपयोग करके परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना कैसे करें

एक निश्चित समाकलन का उपयोग करके परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना कैसे करें?

अलावा एक निश्चित समाकलन का उपयोग करके समतल आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात करना विषय का सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना करना. सामग्री सरल है, लेकिन पाठक को तैयार रहना चाहिए: आपको हल करने में सक्षम होना चाहिए अनिश्चितकालीन अभिन्न मध्यम जटिलता और न्यूटन-लीबनिज सूत्र को लागू करें निश्चित अभिन्न . क्षेत्र ढूंढने की समस्या की तरह, आपको आश्वस्त ड्राइंग कौशल की आवश्यकता है - यह लगभग सबसे महत्वपूर्ण बात है (क्योंकि इंटीग्रल स्वयं अक्सर आसान होंगे)। आप पद्धतिगत सामग्री की सहायता से सक्षम और त्वरित चार्टिंग तकनीकों में महारत हासिल कर सकते हैं . लेकिन, वास्तव में, मैं पहले ही कक्षा में कई बार रेखाचित्रों के महत्व के बारे में बात कर चुका हूँ। .

सामान्य तौर पर, इंटीग्रल कैलकुलस में बहुत सारे दिलचस्प अनुप्रयोग होते हैं; एक निश्चित इंटीग्रल का उपयोग करके, आप एक आकृति के क्षेत्र, घूर्णन के पिंड की मात्रा, एक चाप की लंबाई, सतह क्षेत्र की गणना कर सकते हैं। एक शरीर और भी बहुत कुछ। तो यह मज़ेदार होगा, कृपया आशावादी बने रहें!

निर्देशांक तल पर किसी समतल आकृति की कल्पना करें। परिचय? ... मुझे आश्चर्य है कि किसने क्या प्रस्तुत किया... =))) हमें इसका क्षेत्रफल पहले ही पता चल गया है। लेकिन, इसके अलावा, इस आकृति को घुमाया भी जा सकता है, और दो तरह से घुमाया जा सकता है:

– एक्स-अक्ष के आसपास; - कोर्डिनेट अक्ष के चारों ओर।

यह लेख दोनों मामलों की जांच करेगा. घूर्णन की दूसरी विधि विशेष रूप से दिलचस्प है; यह सबसे अधिक कठिनाइयों का कारण बनती है, लेकिन वास्तव में समाधान लगभग वही है जो एक्स-अक्ष के चारों ओर अधिक सामान्य घूर्णन में होता है। बोनस के रूप में मैं वापस आऊंगा किसी आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात करने की समस्या , और मैं आपको बताऊंगा कि क्षेत्र को दूसरे तरीके से कैसे खोजा जाए - अक्ष के साथ। यह इतना अधिक बोनस नहीं है क्योंकि सामग्री विषय में अच्छी तरह फिट बैठती है।

आइए सबसे लोकप्रिय प्रकार के रोटेशन से शुरुआत करें।

उदाहरण 1

एक अक्ष के चारों ओर रेखाओं से घिरी आकृति को घुमाने से प्राप्त पिंड के आयतन की गणना करें।

समाधान:जैसे क्षेत्र खोजने की समस्या में, समाधान एक सपाट आकृति के चित्रण से शुरू होता है. अर्थात्, समतल पर रेखाओं से घिरी एक आकृति बनाना आवश्यक है, और यह न भूलें कि समीकरण अक्ष को परिभाषित करता है। किसी ड्राइंग को अधिक कुशलतापूर्वक और शीघ्रता से कैसे पूरा किया जाए, यह पृष्ठों पर पाया जा सकता है प्राथमिक कार्यों के रेखांकन और गुण और निश्चित अभिन्न. किसी आकृति के क्षेत्रफल की गणना कैसे करें . यह एक चीनी अनुस्मारक है, और इस बिंदु पर मैं इस पर अधिक चर्चा नहीं करूंगा।

यहाँ चित्रांकन काफी सरल है:

वांछित सपाट आकृति को नीले रंग में छायांकित किया गया है; यह वह है जो अक्ष के चारों ओर घूमती है। घूर्णन के परिणामस्वरूप, परिणाम थोड़ा अंडाकार उड़न तश्तरी है जो अक्ष के बारे में सममित है। दरअसल, बॉडी का एक गणितीय नाम है, लेकिन मैं संदर्भ पुस्तक में देखने के लिए बहुत आलसी हूं, इसलिए हम आगे बढ़ते हैं।

घूमने वाले पिंड के आयतन की गणना कैसे करें?

परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

सूत्र में, संख्या पूर्णांक से पहले मौजूद होनी चाहिए। तो ऐसा हुआ - जीवन में जो कुछ भी घूमता है वह इस स्थिरांक से जुड़ा हुआ है।

मुझे लगता है कि पूर्ण ड्राइंग से यह अनुमान लगाना आसान है कि एकीकरण "ए" और "बी" की सीमाएं कैसे निर्धारित की जाएं।

फ़ंक्शन... यह फ़ंक्शन क्या है? आइए ड्राइंग को देखें. समतल आकृति शीर्ष पर परवलय ग्राफ से घिरी हुई है। यह वह कार्य है जो सूत्र में निहित है।

व्यावहारिक कार्यों में, एक सपाट आकृति कभी-कभी अक्ष के नीचे स्थित हो सकती है। इससे कुछ भी नहीं बदलता - सूत्र में फ़ंक्शन का वर्ग किया जाता है: इस प्रकार परिक्रमण पिंड का आयतन हमेशा गैर-नकारात्मक होता है, जो बहुत तार्किक है.

आइए इस सूत्र का उपयोग करके घूर्णन पिंड के आयतन की गणना करें:

जैसा कि मैंने पहले ही नोट किया है, अभिन्न अंग लगभग हमेशा सरल हो जाता है, मुख्य बात सावधान रहना है।

उत्तर:

अपने उत्तर में आपको आयाम - घन इकाई अवश्य बताना होगा। अर्थात्, हमारे घूर्णन पिंड में लगभग 3.35 "क्यूब" होते हैं। घन क्यों इकाइयां? क्योंकि सबसे सार्वभौमिक सूत्रीकरण. घन सेंटीमीटर हो सकता है, घन मीटर हो सकता है, घन किलोमीटर हो सकता है, इत्यादि, यानी आपकी कल्पना एक उड़न तश्तरी में कितने हरे आदमी रख सकती है।

उदाहरण 2

रेखाओं से घिरी एक आकृति के अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए,

यह आपके लिए स्वयं हल करने का एक उदाहरण है। पाठ के अंत में पूर्ण समाधान और उत्तर।

आइए दो और जटिल समस्याओं पर विचार करें, जिनका व्यवहार में भी अक्सर सामना किया जाता है।

उदाहरण 3

रेखाओं से घिरी आकृति के भुज अक्ष के चारों ओर घूमने से प्राप्त पिंड के आयतन की गणना करें, और

समाधान:आइए हम रेखाचित्र में रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति को चित्रित करें,,,, बिना यह भूले कि समीकरण अक्ष को परिभाषित करता है:

वांछित आकृति को नीले रंग में छायांकित किया गया है। जब यह अपनी धुरी पर घूमता है, तो यह चार कोनों वाला एक असली डोनट बन जाता है।

आइए हम परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना इस प्रकार करें पिंडों के आयतन में अंतर.

सबसे पहले, आइए लाल घेरे वाली आकृति को देखें। जब यह एक अक्ष के चारों ओर घूमता है, तो एक छोटा शंकु प्राप्त होता है। आइए हम इस काटे गए शंकु के आयतन को इससे निरूपित करें।

उस आकृति पर विचार करें जो हरे रंग में घेरा गया है। यदि आप इस आकृति को अक्ष के चारों ओर घुमाते हैं, तो आपको एक छोटा शंकु भी मिलेगा, केवल थोड़ा छोटा। आइए इसके आयतन को इससे निरूपित करें।

और, जाहिर है, मात्रा में अंतर बिल्कुल हमारे "डोनट" की मात्रा है।

हम परिक्रमण पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए मानक सूत्र का उपयोग करते हैं:

1) लाल रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

2) हरे रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

3) क्रांति के वांछित निकाय का आयतन:

उत्तर:

यह दिलचस्प है कि इस मामले में काटे गए शंकु के आयतन की गणना के लिए स्कूल सूत्र का उपयोग करके समाधान की जाँच की जा सकती है।

निर्णय स्वयं अक्सर छोटा लिखा जाता है, कुछ इस प्रकार:

आइए अब थोड़ा आराम करें और आपको ज्यामितीय भ्रम के बारे में बताएं।

लोगों को अक्सर वॉल्यूम से जुड़े भ्रम होते हैं, जिसे पेरेलमैन (वह नहीं) ने किताब में देखा था मनोरंजक ज्यामिति. हल की गई समस्या में सपाट आकृति को देखें - यह क्षेत्रफल में छोटा प्रतीत होता है, और क्रांति के शरीर का आयतन 50 घन इकाइयों से थोड़ा अधिक है, जो बहुत बड़ा लगता है। वैसे, औसत व्यक्ति अपने पूरे जीवन में एक कमरे के 18 वर्ग मीटर के बराबर तरल पदार्थ पीता है, जो इसके विपरीत, बहुत कम मात्रा लगता है।

सामान्य तौर पर, यूएसएसआर में शिक्षा प्रणाली वास्तव में सर्वश्रेष्ठ थी। पेरेलमैन की वही पुस्तक, जो उन्होंने 1950 में लिखी थी, बहुत अच्छी तरह से विकसित होती है, जैसा कि हास्यकार ने कहा, सोच और समस्याओं के मूल, गैर-मानक समाधानों की तलाश करना सिखाती है। मैंने हाल ही में कुछ अध्यायों को बड़ी रुचि के साथ दोबारा पढ़ा, मैं इसकी अनुशंसा करता हूं, यह मानवतावादियों के लिए भी सुलभ है। नहीं, आपको मुस्कुराने की ज़रूरत नहीं है कि मैंने खाली समय दिया, संचार में विद्वता और व्यापक क्षितिज बहुत अच्छी बात है।

एक गीतात्मक विषयांतर के बाद, एक रचनात्मक कार्य को हल करना उचित है:

उदाहरण 4

रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति के अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड के आयतन की गणना करें।

यह आपके लिए स्वयं हल करने का एक उदाहरण है। कृपया ध्यान दें कि सभी चीजें बैंड में होती हैं, दूसरे शब्दों में, एकीकरण की व्यावहारिक रूप से तैयार सीमाएँ दी जाती हैं। त्रिकोणमितीय कार्यों के ग्राफ़ को सही ढंग से खींचने का भी प्रयास करें यदि तर्क दो से विभाजित है: तो ग्राफ़ अक्ष के साथ दो बार खींचे जाते हैं। कम से कम 3-4 अंक खोजने का प्रयास करें त्रिकोणमितीय तालिकाओं के अनुसार और ड्राइंग को अधिक सटीकता से पूरा करें। पाठ के अंत में पूर्ण समाधान और उत्तर। वैसे, कार्य को तर्कसंगत रूप से हल किया जा सकता है और बहुत तर्कसंगत रूप से नहीं।

एक अक्ष के चारों ओर एक सपाट आकृति को घुमाने से बने पिंड के आयतन की गणना

दूसरा पैराग्राफ पहले से भी अधिक दिलचस्प होगा. कोटि अक्ष के चारों ओर क्रांति के पिंड की मात्रा की गणना करने का कार्य भी परीक्षण कार्य में एक काफी सामान्य अतिथि है। साथ ही इस पर विचार किया जाएगा किसी आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात करने की समस्या दूसरी विधि अक्ष के साथ एकीकरण है, यह आपको न केवल अपने कौशल में सुधार करने की अनुमति देगा, बल्कि आपको सबसे लाभदायक समाधान पथ ढूंढना भी सिखाएगा। इसमें व्यावहारिक जीवन का अर्थ भी है! जैसा कि गणित शिक्षण विधियों पर मेरे शिक्षक ने मुस्कुराते हुए याद किया, कई स्नातकों ने उन्हें इन शब्दों के साथ धन्यवाद दिया: "आपके विषय ने हमें बहुत मदद की, अब हम प्रभावी प्रबंधक हैं और कर्मचारियों का बेहतर प्रबंधन करते हैं।" इस अवसर का लाभ उठाते हुए, मैं भी उनके प्रति अपना बहुत आभार व्यक्त करता हूं, खासकर जब से मैं अर्जित ज्ञान का उपयोग उसके इच्छित उद्देश्य के लिए करता हूं =)।

उदाहरण 5

रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति दी गई है।

1) इन रेखाओं से घिरी एक समतल आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात कीजिए। 2) अक्ष के चारों ओर इन रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति को घुमाने से प्राप्त पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

ध्यान!भले ही आप केवल दूसरा बिंदु पढ़ना चाहते हों, पहले अनिवार्य रूप सेपहला पढ़ो!

समाधान:कार्य में दो भाग होते हैं. चलिए वर्ग से शुरू करते हैं।

1) आइए एक चित्र बनाएं:

यह देखना आसान है कि फ़ंक्शन परवलय की ऊपरी शाखा को निर्दिष्ट करता है, और फ़ंक्शन परवलय की निचली शाखा को निर्दिष्ट करता है। हमारे सामने एक तुच्छ परवलय है जो "इसके किनारे पर स्थित है।"

वांछित आकृति, जिसका क्षेत्रफल ज्ञात करना है, नीले रंग में छायांकित है।

किसी आकृति का क्षेत्रफल कैसे ज्ञात करें? इसे "सामान्य" तरीके से पाया जा सकता है, जिस पर कक्षा में चर्चा की गई थी निश्चित अभिन्न. किसी आकृति के क्षेत्रफल की गणना कैसे करें . इसके अलावा, आकृति का क्षेत्रफल निम्नलिखित क्षेत्रों के योग के रूप में पाया जाता है: - खंड पर ; - खंड पर.

इसीलिए:

इस मामले में सामान्य समाधान ख़राब क्यों है? सबसे पहले, हमें दो अभिन्न अंग मिले। दूसरे, अभिन्न जड़ें हैं, और अभिन्न में जड़ें कोई उपहार नहीं हैं, और इसके अलावा, आप एकीकरण की सीमाओं को प्रतिस्थापित करने में भ्रमित हो सकते हैं। वास्तव में, इंटीग्रल, निश्चित रूप से, हत्यारा नहीं हैं, लेकिन व्यवहार में सब कुछ बहुत दुखद हो सकता है, मैंने समस्या के लिए सिर्फ "बेहतर" कार्यों का चयन किया है।

एक अधिक तर्कसंगत समाधान है: इसमें व्युत्क्रम कार्यों पर स्विच करना और अक्ष के साथ एकीकृत करना शामिल है।

व्युत्क्रम फलन कैसे प्राप्त करें? मोटे तौर पर कहें तो, आपको "x" को "y" के माध्यम से व्यक्त करना होगा। सबसे पहले, आइए परवलय को देखें:

यह पर्याप्त है, लेकिन आइए सुनिश्चित करें कि वही फ़ंक्शन निचली शाखा से प्राप्त किया जा सके:

सीधी रेखा से यह आसान है:

अब धुरी को देखें: जैसा कि आप समझाते हैं, कृपया समय-समय पर अपने सिर को दाईं ओर 90 डिग्री तक झुकाएं (यह कोई मजाक नहीं है!)। हमें जिस आकृति की आवश्यकता है वह खंड पर स्थित है, जिसे लाल बिंदीदार रेखा द्वारा दर्शाया गया है। इसके अलावा, खंड पर सीधी रेखा परवलय के ऊपर स्थित होती है, जिसका अर्थ है कि आकृति का क्षेत्रफल आपके पहले से परिचित सूत्र का उपयोग करके पाया जाना चाहिए: . फॉर्मूले में क्या बदलाव हुआ है? बस एक पत्र और कुछ नहीं.

! नोट: अक्ष के साथ एकीकरण सीमाएँ निर्धारित की जानी चाहिएसख्ती से नीचे से ऊपर तक !

क्षेत्र ढूँढना:

खंड पर, इसलिए:

कृपया ध्यान दें कि मैंने एकीकरण कैसे किया, यह सबसे तर्कसंगत तरीका है, और कार्य के अगले पैराग्राफ में यह स्पष्ट हो जाएगा कि क्यों।

उन पाठकों के लिए जो एकीकरण की शुद्धता पर संदेह करते हैं, मैं डेरिवेटिव ढूंढूंगा:

मूल इंटीग्रैंड फ़ंक्शन प्राप्त हो गया है, जिसका अर्थ है कि एकीकरण सही ढंग से किया गया था।

उत्तर:

2) आइए इस आकृति के अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड के आयतन की गणना करें।

मैं ड्राइंग को थोड़े अलग डिज़ाइन में फिर से बनाऊंगा:

तो, नीले रंग में छायांकित आकृति अक्ष के चारों ओर घूमती है। परिणाम एक "मँडराती हुई तितली" है जो अपनी धुरी पर घूमती है।

घूर्णन पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए, हम अक्ष के अनुदिश एकीकृत होंगे। सबसे पहले हमें व्युत्क्रम फलनों पर जाना होगा। यह पहले ही किया जा चुका है और पिछले पैराग्राफ में विस्तार से वर्णित किया गया है।

अब हम अपना सिर फिर से दाहिनी ओर झुकाते हैं और अपनी आकृति का अध्ययन करते हैं। जाहिर है, घूमने वाले पिंड का आयतन आयतन के अंतर के रूप में पाया जाना चाहिए।

हम अक्ष के चारों ओर लाल रंग में परिचालित आकृति को घुमाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा शंकु बनता है। आइए हम इस आयतन को इससे निरूपित करें।

हम अक्ष के चारों ओर हरे रंग में परिचालित आकृति को घुमाते हैं और परिक्रमण के परिणामी पिंड के आयतन से निरूपित करते हैं।

हमारी तितली का आयतन आयतन के अंतर के बराबर है।

हम परिक्रमण पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए सूत्र का उपयोग करते हैं:

पिछले पैराग्राफ के सूत्र से क्या अंतर है? केवल पत्र में.

लेकिन एकीकरण का लाभ, जिसके बारे में मैंने हाल ही में बात की, उसे खोजना बहुत आसान है , पहले इंटीग्रैंड को चौथी शक्ति तक बढ़ाने के बजाय।

के अलावा एक निश्चित समाकलन का उपयोग करके समतल आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात करना (देखें 7.2.3.)विषय का सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना करना. सामग्री सरल है, लेकिन पाठक को तैयार रहना चाहिए: आपको हल करने में सक्षम होना चाहिए अनिश्चितकालीन अभिन्नमध्यम जटिलता और न्यूटन-लीबनिज सूत्र को लागू करें निश्चित अभिन्न, एनआपको मजबूत ड्राइंग कौशल की भी आवश्यकता है। सामान्य तौर पर, इंटीग्रल कैलकुलस में कई दिलचस्प अनुप्रयोग होते हैं; एक निश्चित इंटीग्रल का उपयोग करके, आप एक आकृति के क्षेत्र, घूर्णन के पिंड का आयतन, एक चाप की लंबाई, एक पिंड के सतह क्षेत्र की गणना कर सकते हैं। और भी बहुत कुछ। निर्देशांक तल पर किसी समतल आकृति की कल्पना करें। परिचय? ... अब इस आकृति को घुमाया भी जा सकता है, और दो तरह से घुमाया जा सकता है:

- एक्स-अक्ष के आसपास ;

- कोर्डिनेट अक्ष के चारों ओर .

आइए दोनों मामलों पर नजर डालें। घूर्णन की दूसरी विधि विशेष रूप से दिलचस्प है; यह सबसे अधिक कठिनाइयों का कारण बनती है, लेकिन वास्तव में समाधान लगभग वही है जो एक्स-अक्ष के चारों ओर अधिक सामान्य घूर्णन में होता है। आइए सबसे लोकप्रिय प्रकार के रोटेशन से शुरुआत करें।

एक अक्ष के चारों ओर एक सपाट आकृति को घुमाने से बने पिंड के आयतन की गणना बैल

उदाहरण 1

एक अक्ष के चारों ओर रेखाओं से घिरी आकृति को घुमाने से प्राप्त पिंड के आयतन की गणना करें।

समाधान:जैसे क्षेत्र खोजने की समस्या में, समाधान एक सपाट आकृति के चित्रण से शुरू होता है. यानी हवाई जहाज़ पर XOYरेखाओं से घिरी एक आकृति बनाना आवश्यक है, और यह न भूलें कि समीकरण अक्ष को निर्दिष्ट करता है। यहाँ चित्रांकन काफी सरल है:

वांछित सपाट आकृति को नीले रंग में छायांकित किया गया है; यह वह है जो अक्ष के चारों ओर घूमती है। घूर्णन के परिणामस्वरूप, धुरी पर दो तेज चोटियों के साथ थोड़ा अंडाकार उड़न तश्तरी प्राप्त होती है बैल, अक्ष के बारे में सममित बैल. वास्तव में, शरीर का एक गणितीय नाम है, संदर्भ पुस्तक में देखें।

घूमने वाले पिंड के आयतन की गणना कैसे करें? यदि कोई पिंड किसी अक्ष के चारों ओर घूमने के परिणामस्वरूप बनता हैबैल, यह मानसिक रूप से छोटी मोटाई की समानांतर परतों में विभाजित है डीएक्स, जो अक्ष के लंबवत हैं बैल. पूरे शरीर का आयतन स्पष्ट रूप से ऐसी प्राथमिक परतों के आयतन के योग के बराबर है। प्रत्येक परत, नींबू के गोल टुकड़े की तरह, ऊंचाई में एक कम सिलेंडर है डीएक्सऔर आधार त्रिज्या के साथ एफ(एक्स). फिर एक परत का आयतन आधार क्षेत्र π का ​​गुणनफल है एफ 2 प्रति सिलेंडर ऊंचाई ( डीएक्स), या π∙ एफ 2 (एक्स)∙डीएक्स. और घूर्णन के संपूर्ण पिंड का क्षेत्रफल प्राथमिक आयतन, या संबंधित निश्चित अभिन्न अंग का योग है। परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

.

"ए" और "बी" के एकीकरण की सीमा कैसे निर्धारित की जाए, इसका अंदाजा पूरी ड्राइंग से आसानी से लगाया जा सकता है। फ़ंक्शन... यह फ़ंक्शन क्या है? आइए ड्राइंग को देखें. समतल आकृति शीर्ष पर परवलय के ग्राफ से घिरी हुई है। यह वह कार्य है जो सूत्र में निहित है। व्यावहारिक कार्यों में, एक सपाट आकृति कभी-कभी अक्ष के नीचे स्थित हो सकती है बैल. इससे कुछ भी नहीं बदलता - सूत्र में फ़ंक्शन का वर्ग किया गया है: एफ 2 (एक्स), इस प्रकार, परिक्रमण पिंड का आयतन हमेशा गैर-नकारात्मक होता है, जो बहुत तार्किक है. आइए इस सूत्र का उपयोग करके घूर्णन पिंड के आयतन की गणना करें:

.

जैसा कि हमने पहले ही नोट किया है, अभिन्न अंग लगभग हमेशा सरल हो जाता है, मुख्य बात सावधान रहना है।

उत्तर:

अपने उत्तर में आपको आयाम - घन इकाई अवश्य बताना होगा। अर्थात्, हमारे घूर्णन पिंड में लगभग 3.35 "क्यूब" होते हैं। घन क्यों इकाइयां? क्योंकि यह सर्वाधिक सार्वभौमिक सूत्रीकरण है। घन सेंटीमीटर हो सकता है, घन मीटर हो सकता है, घन किलोमीटर हो सकता है, इत्यादि, यानी आपकी कल्पना एक उड़न तश्तरी में कितने हरे आदमी रख सकती है।

उदाहरण 2

किसी अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए बैलरेखाओं से घिरी एक आकृति , , .

यह आपके लिए स्वयं हल करने का एक उदाहरण है। पाठ के अंत में पूर्ण समाधान और उत्तर।

उदाहरण 3

रेखाओं से घिरी आकृति को , , तथा भुज अक्ष के चारों ओर घुमाकर प्राप्त पिंड के आयतन की गणना करें।

समाधान:आइए समीकरण को भूले बिना, रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति को चित्र में चित्रित करें एक्स= 0 अक्ष निर्दिष्ट करता है ओए:

वांछित आकृति को नीले रंग में छायांकित किया गया है। जब यह एक अक्ष के चारों ओर घूमता है बैलपरिणाम एक सपाट, कोणीय डोनट (दो शंक्वाकार सतहों वाला एक वॉशर) है।

आइए हम परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना इस प्रकार करें पिंडों के आयतन में अंतर. सबसे पहले, आइए लाल घेरे वाली आकृति को देखें। जब यह एक अक्ष के चारों ओर घूमता है बैलपरिणाम एक छोटा शंकु है। आइए हम इस काटे गए शंकु के आयतन को इससे निरूपित करें वी 1 .

उस आकृति पर विचार करें जो हरे रंग में घेरा गया है। यदि आप इस आकृति को अक्ष के चारों ओर घुमाते हैं बैल, फिर आपको वही कटा हुआ शंकु मिलेगा, केवल थोड़ा छोटा। आइए हम इसके आयतन को इससे निरूपित करें वी 2 .

यह स्पष्ट है कि मात्रा में अंतर है वी = वी 1 - वी 2 हमारे "डोनट" का आयतन है।

हम परिक्रमण पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए मानक सूत्र का उपयोग करते हैं:

1) लाल रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

2) हरे रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

3) क्रांति के वांछित निकाय का आयतन:

उत्तर:

यह दिलचस्प है कि इस मामले में काटे गए शंकु के आयतन की गणना के लिए स्कूल सूत्र का उपयोग करके समाधान की जाँच की जा सकती है।

निर्णय स्वयं अक्सर छोटा लिखा जाता है, कुछ इस प्रकार:

परिभाषा 3. परिक्रमण पिंड वह पिंड है जो एक सपाट आकृति को एक अक्ष के चारों ओर घुमाकर प्राप्त किया जाता है जो आकृति को प्रतिच्छेद नहीं करता है और उसके साथ एक ही तल में स्थित होता है।

घूर्णन की धुरी आकृति को काट सकती है यदि यह आकृति की समरूपता की धुरी है।

प्रमेय 2.
, अक्ष
और सीधे खंड
और

एक अक्ष के चारों ओर घूमता है
. फिर घूर्णन के परिणामी निकाय की मात्रा की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है

(2)

सबूत। ऐसे शरीर के लिए, एब्सिस्सा के साथ क्रॉस सेक्शन त्रिज्या का एक वृत्त है
, मतलब
और सूत्र (1) आवश्यक परिणाम देता है।

यदि आंकड़ा दो निरंतर कार्यों के ग्राफ़ द्वारा सीमित है
और
, और रेखा खंड
और
, और
और
, तो x-अक्ष के चारों ओर घूमने पर हमें एक पिंड प्राप्त होता है जिसका आयतन होता है

उदाहरण 3. एक वृत्त से घिरे एक वृत्त को घुमाने से प्राप्त टोरस के आयतन की गणना करें

भुज अक्ष के चारों ओर।

आर फ़ैसला। संकेतित वृत्त नीचे फ़ंक्शन के ग्राफ़ द्वारा सीमित है
, और ऊपर से -
. इन कार्यों के वर्गों का अंतर:

आवश्यक मात्रा

(इंटीग्रैंड का ग्राफ़ ऊपरी अर्धवृत्त है, इसलिए ऊपर लिखा गया इंटीग्रल अर्धवृत्त का क्षेत्रफल है)।

उदाहरण 4. आधार के साथ परवलयिक खंड
, और ऊंचाई , आधार के चारों ओर घूमता है। परिणामी पिंड के आयतन की गणना करें (कैवलियरी द्वारा "नींबू")।

आर फ़ैसला। चित्र में दिखाए अनुसार परवलय को रखें। फिर उसका समीकरण
, और
. आइए पैरामीटर का मान ज्ञात करें :
. तो, आवश्यक मात्रा:

प्रमेय 3. मान लीजिए कि एक वक्ररेखीय समलम्बाकार एक सतत गैर-नकारात्मक फलन के ग्राफ से घिरा है
, अक्ष
और सीधे खंड
और
, और
, एक अक्ष के चारों ओर घूमता है
. फिर परिक्रमण के परिणामी पिंड का आयतन सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है

(3)

प्रमाण का विचार. हमने खंड को विभाजित कर दिया
डॉट्स

, भागों में और सीधी रेखाएँ खींचें
. पूरे ट्रेपेज़ॉइड को स्ट्रिप्स में विघटित किया जाएगा, जिसे आधार के साथ लगभग आयताकार माना जा सकता है
और ऊंचाई
.

हम ऐसे आयत को उसके जेनरेट्रिक्स के साथ घुमाकर परिणामी सिलेंडर को काटते हैं और उसे खोलते हैं। हमें आयामों के साथ एक "लगभग" समानता मिलती है:
,
और
. इसकी मात्रा
. अतः, परिक्रमण पिंड के आयतन के लिए हमारे पास लगभग समानता होगी

सटीक समानता प्राप्त करने के लिए, किसी को सीमा तक जाना होगा
. ऊपर लिखा गया योग फलन का अभिन्न योग है
, इसलिए, सीमा में हम सूत्र (3) से अभिन्न अंग प्राप्त करते हैं। प्रमेय सिद्ध हो चुका है।

नोट 1. प्रमेय 2 और 3 में शर्त
छोड़ा जा सकता है: सूत्र (2) आमतौर पर संकेत के प्रति असंवेदनशील है
, और सूत्र (3) में यह पर्याप्त है
के साथ बदलें
.

उदाहरण 5. परवलयिक खंड (आधार
, ऊंचाई ) ऊंचाई के चारों ओर घूमता है। परिणामी पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

समाधान। आइए परवलय को चित्र में दिखाए अनुसार रखें। और यद्यपि घूर्णन की धुरी आकृति को काटती है, यह - धुरी - समरूपता की धुरी है। इसलिए, हमें खंड के केवल दाहिने आधे हिस्से पर विचार करने की आवश्यकता है। परवलय समीकरण
, और
, मतलब
. हमारे पास वॉल्यूम के लिए है:

नोट 2. यदि एक वक्रीय समलम्ब चतुर्भुज की वक्ररेखीय सीमा पैरामीट्रिक समीकरणों द्वारा दी गई है
,
,
और
,
तब आप प्रतिस्थापन के साथ सूत्र (2) और (3) का उपयोग कर सकते हैं पर
और
पर
बदलते समय टीसे
को .

उदाहरण 6. यह आंकड़ा चक्रवात के पहले चाप द्वारा सीमित है
,
,
, और एक्स-अक्ष। इस आकृति को चारों ओर घुमाकर प्राप्त पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए: 1) अक्ष
; 2) कुल्हाड़ियाँ
.

समाधान। 1) सामान्य सूत्र
हमारे मामले में:

2) सामान्य सूत्र
हमारे आंकड़े के लिए:

हम विद्यार्थियों को सभी गणनाएँ स्वयं करने के लिए आमंत्रित करते हैं।

नोट 3. मान लीजिए कि एक घुमावदार त्रिज्यखंड एक सतत रेखा से घिरा है
और किरणें
,

, एक ध्रुवीय अक्ष के चारों ओर घूमता है। परिणामी पिंड के आयतन की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है।

उदाहरण 7. कार्डियोइड से घिरी आकृति का भाग
, घेरे के बाहर लेटा हुआ
, एक ध्रुवीय अक्ष के चारों ओर घूमता है। परिणामी पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

समाधान। दोनों रेखाएँ, और इसलिए जिस आकृति को वे सीमित करते हैं, ध्रुवीय अक्ष के बारे में सममित हैं। अत: केवल उसी भाग पर विचार करना आवश्यक है जिसके लिए
. वक्र प्रतिच्छेद करते हैं
और

पर
. इसके अलावा, इस आंकड़े को दो क्षेत्रों के अंतर के रूप में माना जा सकता है, और इसलिए वॉल्यूम की गणना दो अभिन्नों के अंतर के रूप में की जा सकती है। हमारे पास है:

कार्य स्वतंत्र निर्णय के लिए.

1. एक वृत्ताकार खंड जिसका आधार
, ऊंचाई , आधार के चारों ओर घूमता है। घूमने वाले पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

2. परिक्रमण के उस परवलय का आयतन ज्ञात कीजिए जिसका आधार है , और ऊंचाई है .

3. एक क्षुद्रग्रह से घिरी हुई आकृति
,
भुज अक्ष के चारों ओर घूमता है। परिणामी पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

4. रेखाओं से घिरी आकृति
और
x-अक्ष के चारों ओर घूमता है। घूमने वाले पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए।

घूर्णन के पिंडों का आयतन ज्ञात करने के लिए इंटीग्रल्स का उपयोग करना

गणित की व्यावहारिक उपयोगिता इस तथ्य के कारण है कि बिना

विशिष्ट गणितीय ज्ञान उपकरण के सिद्धांतों और आधुनिक प्रौद्योगिकी के उपयोग को समझना कठिन बना देता है। अपने जीवन में प्रत्येक व्यक्ति को काफी जटिल गणनाएँ करनी होती हैं, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले उपकरणों का उपयोग करना होता है, संदर्भ पुस्तकों में आवश्यक सूत्र ढूँढ़ने होते हैं और समस्याओं को हल करने के लिए सरल एल्गोरिदम बनाना होता है। आधुनिक समाज में, अधिक से अधिक विशिष्टताएँ जिनके लिए उच्च स्तर की शिक्षा की आवश्यकता होती है, गणित के प्रत्यक्ष अनुप्रयोग से जुड़ी हुई हैं। इस प्रकार, गणित एक छात्र के लिए व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण विषय बन जाता है। एल्गोरिथम सोच के निर्माण में अग्रणी भूमिका गणित की है; यह किसी दिए गए एल्गोरिथम के अनुसार कार्य करने और नए एल्गोरिदम बनाने की क्षमता विकसित करता है।

क्रांति के निकायों की मात्रा की गणना करने के लिए अभिन्न का उपयोग करने के विषय का अध्ययन करते समय, मेरा सुझाव है कि वैकल्पिक कक्षाओं में छात्र इस विषय पर विचार करें: "समाकलन का उपयोग करके क्रांति के निकायों की मात्रा।" इस विषय पर विचार करने के लिए नीचे पद्धति संबंधी सिफारिशें दी गई हैं:

1. एक समतल आकृति का क्षेत्रफल.

बीजगणित पाठ्यक्रम से हम जानते हैं कि व्यावहारिक प्रकृति की समस्याओं ने एक निश्चित अभिन्न अंग की अवधारणा को जन्म दिया..gif" width='88' ऊंचाई='51'>.jpg" width=”526” ऊंचाई=”262 src=” >

https://pandia.ru/text/77/502/images/image006_95.gif' width='127' ऊंचाई='25 src='>.

ऑक्स अक्ष के चारों ओर एक घुमावदार ट्रेपेज़ॉइड के घूमने से बने घूर्णन पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए, जो एक टूटी हुई रेखा y=f(x), ऑक्स अक्ष, सीधी रेखाओं x=a और x=b से घिरा है, हम गणना करते हैं सूत्र का उपयोग करना

https://pandia.ru/text/77/502/images/image008_26.jpg" width=”352” ऊंचाई=”283 src=”>Y

3.सिलेंडर की मात्रा.

https://pandia.ru/text/77/502/images/image011_58.gif" width=”85” ऊंचाई=”51”>..gif” width=”13” ऊंचाई=”25”>..jpg” width='401' ऊँचाई='355'>शंकु समकोण त्रिभुज ABC (C = 90) को ऑक्स अक्ष के चारों ओर घुमाने से प्राप्त होता है, जिस पर AC पैर स्थित है।

खंड AB सीधी रेखा y=kx+c पर स्थित है, जहां https://pandia.ru/text/77/502/images/image019_33.gif' width='59' ऊंचाई='41 src='>.

मान लीजिए a=0, b=H (H शंकु की ऊंचाई है), तो Vhttps://pandia.ru/text/77/502/images/image021_27.gif" width='13' ऊंचाई='23 src= ">.

5.काटे गए शंकु का आयतन।

ऑक्स अक्ष के चारों ओर एक आयताकार ट्रेपेज़ॉइड एबीसीडी (सीडीओएक्स) को घुमाकर एक छोटा शंकु प्राप्त किया जा सकता है।

खंड AB सीधी रेखा y=kx+c पर स्थित है, जहाँ , सी=आर.

चूँकि सीधी रेखा बिंदु A (0;r) से होकर गुजरती है।

इस प्रकार, सीधी रेखा https://pandia.ru/text/77/502/images/image027_17.gif' width='303' ऊंचाई='291 src='> जैसी दिखती है

मान लीजिए a=0, b=H (H काटे गए शंकु की ऊंचाई है), तो https://pandia.ru/text/77/502/images/image030_16.gif" width="36" ऊंचाई="17 src === .

6. गेंद का आयतन.

गेंद को ऑक्स अक्ष के चारों ओर केंद्र (0;0) वाले एक वृत्त को घुमाकर प्राप्त किया जा सकता है। ऑक्स अक्ष के ऊपर स्थित अर्धवृत्त समीकरण द्वारा दिया गया है

https://pandia.ru/text/77/502/images/image034_13.gif' width='13' ऊंचाई='16 src='>x R.

परिक्रमण पिंड के आयतन की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

सूत्र में, संख्या पूर्णांक से पहले मौजूद होनी चाहिए। तो ऐसा हुआ - जीवन में जो कुछ भी घूमता है वह इस स्थिरांक से जुड़ा हुआ है।

मुझे लगता है कि पूर्ण ड्राइंग से यह अनुमान लगाना आसान है कि एकीकरण "ए" और "बी" की सीमाएं कैसे निर्धारित की जाएं।

फ़ंक्शन... यह फ़ंक्शन क्या है? आइए ड्राइंग को देखें. समतल आकृति शीर्ष पर परवलय ग्राफ से घिरी हुई है। यह वह कार्य है जो सूत्र में निहित है।

व्यावहारिक कार्यों में, एक सपाट आकृति कभी-कभी अक्ष के नीचे स्थित हो सकती है। इससे कुछ भी नहीं बदलता - सूत्र में समाकलन का वर्ग किया जाता है: इस प्रकार अभिन्न हमेशा गैर-नकारात्मक होता है , जो बहुत तार्किक है.

आइए इस सूत्र का उपयोग करके घूर्णन पिंड के आयतन की गणना करें:

जैसा कि मैंने पहले ही नोट किया है, अभिन्न अंग लगभग हमेशा सरल हो जाता है, मुख्य बात सावधान रहना है।

उत्तर:

अपने उत्तर में आपको आयाम - घन इकाई अवश्य बताना होगा। अर्थात्, हमारे घूर्णन पिंड में लगभग 3.35 "क्यूब" होते हैं। घन क्यों इकाइयां? क्योंकि सबसे सार्वभौमिक सूत्रीकरण. घन सेंटीमीटर हो सकता है, घन मीटर हो सकता है, घन किलोमीटर हो सकता है, इत्यादि, यानी आपकी कल्पना एक उड़न तश्तरी में कितने हरे आदमी रख सकती है।

उदाहरण 2

रेखाओं से घिरी एक आकृति के अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड का आयतन ज्ञात कीजिए,

यह आपके लिए स्वयं हल करने का एक उदाहरण है। पाठ के अंत में पूर्ण समाधान और उत्तर।

आइए दो और जटिल समस्याओं पर विचार करें, जिनका व्यवहार में भी अक्सर सामना किया जाता है।

उदाहरण 3

रेखाओं से घिरी आकृति के भुज अक्ष के चारों ओर घूमने से प्राप्त पिंड के आयतन की गणना करें, और

समाधान: आइए हम रेखाचित्र में रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति को चित्रित करें,,,, बिना यह भूले कि समीकरण अक्ष को परिभाषित करता है:

वांछित आकृति को नीले रंग में छायांकित किया गया है। जब यह अपनी धुरी पर घूमता है, तो यह चार कोनों वाला एक असली डोनट बन जाता है।

आइए हम घूर्णन पिंड के आयतन की गणना इस प्रकार करें पिंडों के आयतन में अंतर.

सबसे पहले, आइए लाल घेरे वाली आकृति को देखें। जब यह एक अक्ष के चारों ओर घूमता है, तो एक छोटा शंकु प्राप्त होता है। आइए हम इस काटे गए शंकु के आयतन को इससे निरूपित करें।

उस आकृति पर विचार करें जो हरे रंग में घेरा गया है।

यदि आप इस आकृति को अक्ष के चारों ओर घुमाते हैं, तो आपको एक छोटा शंकु भी मिलेगा, केवल थोड़ा छोटा। आइए इसके आयतन को इससे निरूपित करें।

हम घूमने वाले पिंड का आयतन ज्ञात करने के लिए मानक सूत्र का उपयोग करते हैं:

1) लाल रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

2) हरे रंग से घिरी आकृति ऊपर एक सीधी रेखा से घिरी हुई है, इसलिए:

3) घूर्णन के वांछित पिंड का आयतन:

उत्तर:

यह दिलचस्प है कि इस मामले में काटे गए शंकु के आयतन की गणना के लिए स्कूल सूत्र का उपयोग करके समाधान की जाँच की जा सकती है।

निर्णय स्वयं अक्सर छोटा लिखा जाता है, कुछ इस प्रकार:

आइए अब थोड़ा आराम करें और आपको ज्यामितीय भ्रम के बारे में बताएं।

लोगों को अक्सर वॉल्यूम से जुड़े भ्रम होते हैं, जिसे पेरेलमैन (दूसरे) ने किताब में देखा था मनोरंजक ज्यामिति. हल की गई समस्या में सपाट आकृति को देखें - यह क्षेत्रफल में छोटा प्रतीत होता है, और क्रांति के शरीर का आयतन 50 घन इकाइयों से थोड़ा अधिक है, जो बहुत बड़ा लगता है। वैसे, औसत व्यक्ति अपने पूरे जीवन में एक कमरे के 18 वर्ग मीटर के बराबर तरल पदार्थ पीता है, जो इसके विपरीत, बहुत कम मात्रा लगता है।

सामान्य तौर पर, यूएसएसआर में शिक्षा प्रणाली वास्तव में सर्वश्रेष्ठ थी। पेरेलमैन की वही पुस्तक, जो 1950 में प्रकाशित हुई थी, बहुत अच्छी तरह से विकसित होती है, जैसा कि हास्यकार ने कहा, सोच विकसित करती है और आपको समस्याओं के मूल, गैर-मानक समाधान ढूंढना सिखाती है। मैंने हाल ही में कुछ अध्यायों को बड़ी रुचि के साथ दोबारा पढ़ा, मैं इसकी अनुशंसा करता हूं, यह मानवतावादियों के लिए भी सुलभ है। नहीं, आपको मुस्कुराने की ज़रूरत नहीं है कि मैंने खाली समय दिया, संचार में विद्वता और व्यापक क्षितिज बहुत अच्छी बात है।

एक गीतात्मक विषयांतर के बाद, एक रचनात्मक कार्य को हल करना उचित है:

उदाहरण 4

रेखाओं से घिरी एक सपाट आकृति के अक्ष के चारों ओर घूमने से बने पिंड के आयतन की गणना करें।

यह आपके लिए स्वयं हल करने का एक उदाहरण है। कृपया ध्यान दें कि सभी मामले बैंड में होते हैं, दूसरे शब्दों में, एकीकरण की तैयार सीमाएँ वास्तव में दी जाती हैं। त्रिकोणमितीय फलनों के ग्राफ़ सही ढंग से बनाएं, मैं आपको इसके बारे में पाठ सामग्री की याद दिला दूं ग्राफ़ का ज्यामितीय परिवर्तन : यदि तर्क को दो: से विभाजित किया जाता है, तो ग्राफ़ अक्ष के अनुदिश दो बार खिंचते हैं। कम से कम 3-4 अंक खोजने की सलाह दी जाती है त्रिकोणमितीय तालिकाओं के अनुसार ड्राइंग को अधिक सटीकता से पूरा करने के लिए। पाठ के अंत में पूर्ण समाधान और उत्तर। वैसे, कार्य को तर्कसंगत रूप से हल किया जा सकता है और बहुत तर्कसंगत रूप से नहीं।