YOMEDIA
NONE

Bài tập 3.47 trang 181 SBT Toán 12

Bài tập 3.47 trang 181 SBT Toán 12

Tính thể tích các khối tròn xoay tạo thành khi quay hình phẳng xác định bởi

a) \(y = {x^{\frac{2}{3}}},x = 0\) và tiếp tuyến với đường \(y = {x^{\frac{2}{3}}}\) tại điểm có hoành độ x = 1, quanh trục Oy;

b) \(y = \frac{1}{x} - 1,y = 0,y = 2x\), quanh trục Ox.

c) \(y = \left| {2x - {x^2}} \right|,y = 0\) và x = 3, quanh :

* Trục Ox

* Trục Oy

ATNETWORK

Hướng dẫn giải chi tiết

a) Ta có: \(y' = \frac{2}{3}{x^{ - \frac{1}{3}}}\)

Với x = 1 thì y = 1 và \(y'\left( 1 \right) = \frac{2}{3}\).

Tiếp tuyến \(y = \frac{2}{3}\left( {x - 1} \right) + 1 = \frac{2}{3}x + \frac{1}{3}\)

Có \(y = {x^{\frac{2}{3}}} \Rightarrow x = {y^{\frac{3}{2}}}\) và

\(y = \frac{2}{3}x + \frac{1}{3} \Rightarrow x = \frac{3}{2}y - \frac{1}{2}\)

Khi đó \({y^{\frac{3}{2}}} = \frac{3}{2}y - \frac{1}{2} \Rightarrow y = 1\).

Ta có: \(\frac{3}{2}y - \frac{1}{2} = 0 \Leftrightarrow y = \frac{1}{3}\)

\(\begin{array}{l}
V = \pi \int \limits_0^1 {\left( {{y^{\frac{3}{2}}}} \right)^2}dy - \pi \int \limits_{\frac{1}{3}}^1 {\left( {\frac{3}{2}y - \frac{1}{2}} \right)^2}dy\\
 = \pi \int \limits_0^1 {y^3}dy - \pi \int \limits_{\frac{1}{3}}^1 {\left( {\frac{3}{2}y - \frac{1}{2}} \right)^2}dy\\
 = \pi .\left. {\frac{{{y^4}}}{4}} \right|_0^1 - \pi \int\limits_{\frac{1}{3}}^1 {\left( {\frac{9}{4}{y^2} - \frac{3}{2}y + \frac{1}{4}} \right)dy} \\
 = \frac{\pi }{4} - \pi .\left. {\left( {\frac{3}{4}{y^3} - \frac{3}{4}{y^3} + \frac{1}{4}y} \right)} \right|_{\frac{1}{3}}^1\\
 = \frac{\pi }{4} - \frac{{2\pi }}{9} = \frac{\pi }{{36}}
\end{array}\)

b) Ta có: 

\(\begin{array}{l}
\frac{1}{x} - 1 = 2x \Rightarrow x = \frac{1}{2}\\
\frac{1}{x} - 1 = 0 \Leftrightarrow x = 1\\
2x = 0 \Leftrightarrow x = 0
\end{array}\)

Do đó 

\(\begin{array}{l}
V = \pi \int \limits_0^{\frac{1}{2}} {\left( {2x} \right)^2}dx + \pi \int \limits_{\frac{1}{2}}^1 {\left( {\frac{1}{x} - 1} \right)^2}dx\\
 = \pi .\int \limits_0^{\frac{1}{2}} 4{x^2}dx + \pi .\int \limits_{\frac{1}{2}}^1 \left( {\frac{1}{{{x^2}}} - \frac{2}{x} + 1} \right)dx\\
 = \pi .\left. {\frac{{4{x^3}}}{3}} \right|_0^{\frac{1}{2}} + \pi \left. {\left( { - \frac{1}{x} - 2\ln x + x} \right)} \right|_{\frac{1}{2}}^1\\
 = \frac{\pi }{6} + \pi \left( {0 + 2 + 2\ln \frac{1}{2} - \frac{1}{2}} \right)\\
 = \frac{\pi }{6} + \frac{{3\pi }}{2} - 2\pi \ln 2\\
 = \frac{{5\pi }}{3} - 2\pi \ln 2
\end{array}\)

c) +) Quay quanh OxOx.

Ta có: \(\left| {2x - {x^2}} \right| = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}
x = 0\\
x = 2.
\end{array} \right.\)

Khi đó

\(\begin{array}{l}
V = \pi \int \limits_0^3 {\left( {2x - {x^2}} \right)^2}dx\\
 = \pi \int \limits_0^3 \left( {4{x^2} - 4{x^3} + {x^4}} \right)dx\\
 = \pi \left. {\left( {\frac{{4{x^3}}}{3} - {x^4} + \frac{{{x^5}}}{5}} \right)} \right|_0^3\\
 = \pi \left( {\frac{{4.27}}{3} - {3^4} + \frac{{{3^5}}}{5}} \right) = \frac{{18\pi }}{5}
\end{array}\)

+) Quay quanh Oy.

Ta có: 

\(\begin{array}{l}
y = \left| {2x - {x^2}} \right| \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}
y = 2x - {x^2}\\
y =  - 2x + {x^2}
\end{array} \right.\\
 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}
{x^2} - 2x + y = 0\\
{x^2} - 2x - y = 0
\end{array} \right.\\
 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}
x = 1 \pm \sqrt {1 - y} \\
x = 1 \pm \sqrt {1 + y} 
\end{array} \right.
\end{array}\)

Ta có: 

\(\begin{array}{l}
{V_y} = \pi \int \limits_0^1 \left[ {{{\left( {1 + \sqrt {1 - y} } \right)}^2} - {{\left( {1 - \sqrt {1 - y} } \right)}^2}} \right]dy\\
 + \pi \int \limits_0^3 \left[ {{3^2} - {{\left( {1 + \sqrt {1 + y} } \right)}^2}} \right]dy\\
 = \pi \int \limits_0^1 \left( {1 + 2\sqrt {1 - y}  + 1 - y - 1 + 2\sqrt {1 - y}  - 1 + y} \right)dy\\
 + \pi \int\limits_0^3 {\left( {9 - 1 - 2\sqrt {1 + y}  - 1 - y} \right)dy} \\
 = \pi \int \limits_0^1 4\sqrt {1 - y} dy + \pi \int \limits_0^3 \left( {7 - y - 2\sqrt {1 + y} } \right)dy\\
 = 4\pi \int \limits_0^1 \sqrt {1 - y} dy + \pi \left[ {\left. {\left( {7y - \frac{{{y^2}}}{2}} \right)} \right|_0^3 - 2\int\limits_0^3 {\sqrt {1 + y} dy} } \right]\\
 = 4\pi I + \pi (\frac{{33}}{2} - 2J)
\end{array}\)

Tính \(I = \int \limits_0^1 \sqrt {1 - y} dy\) ta có:

Đặt \(\sqrt {1 - y}  = t \Rightarrow 1 - y = {t^2}\)

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow  - dy = 2tdt \Rightarrow dy =  - 2tdt\\
 \Rightarrow I = \int \limits_1^0 t.\left( { - 2tdt} \right) = \int\limits_0^1 {2{t^2}dt} \\
 = \left. {\frac{2}{3}{t^3}} \right|_0^1 = \frac{2}{3}
\end{array}\)

Tính \(J = \int \limits_0^3 \sqrt {1 + y} dy\) ta có:

Đặt \(t = \sqrt {1 + y}  \Rightarrow {t^2} = 1 + y\)

\(\Rightarrow 2tdt = dy\)

\( \Rightarrow J = \int\limits_1^2 {t.2tdt}  = \left. {\frac{{2{t^3}}}{3}} \right|_1^2 = \frac{{14}}{3}\)

Vậy \(V = 4\pi .\frac{2}{3} + \pi \left( {\frac{{33}}{2} - 2.\frac{{14}}{3}} \right) = \frac{{59\pi }}{6}\).

-- Mod Toán 12 HỌC247

Nếu bạn thấy hướng dẫn giải Bài tập 3.47 trang 181 SBT Toán 12 HAY thì click chia sẻ 
YOMEDIA
AANETWORK
 

 

YOMEDIA
ATNETWORK
ON