奇怪旋转体的体积怎么求?

我们高中生都会求一些特别规范的旋转体体积,例如圆柱圆锥圆台球,对于不太规则的旋转体,或许你就抓瞎了。比如我班上的徐同学提出这么一个问题,吓我一跳。

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(1)

这可怎么求?不管怎么说,先画个图。

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(2)

旋转之后的几何体,是一个圆柱中间挖掉一个抛物线。

我首先想到的课本上关于球的体积推导方法,可以用类似的手法尝试一下。

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(3)

解法一:不妨设

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(4)

线段AB绕y轴旋转一周得到的是一个圆环,圆环面积为

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(5)

于是,旋转体的体积就是

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(6)

哦,此处需要用到定积分的基础知识:面积的积分是体积。课本知识,本文不解释。

既然如此,我当然可以用另一个思路来求解。

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(7)

解法二:设点

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(8)

线段AB绕y轴旋转一周得到的是一个圆柱的侧面,其面积为

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(9)

于是旋转体体积为

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(10)

显然解法二和解法一本质上是完全相同的解法。

将解法二进行拓广,我们就可以得到一个一般的结论。

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(11)

证明和解法二一模一样。

设点

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(12)

线段AB绕y周旋转一周得到圆柱的侧面积

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(13)

所以其体积为

旋转体体积特殊公式(奇怪旋转体的体积怎么求)(14)

虽然知识来源于课本,但似乎很好玩的样子哦。

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