定积分的简单应用——求体积

（北师大版）选修2-2：定积分编写教师：焦旭利14.2定积分的简单应用(二)复习：（1）求曲边梯形面积的方法是什么？（2）定积分的几何意义是什么？（3）微积分基本定理是什么？引入：我们前面学习了定积分的简单应用——求面积。求体积问题也是定积分的一个重要应用。下面我们介绍一些简单旋转几何体体积的求法。1.简单几何体的体积计算问题：设由连续曲线()yfx和直线xa，xb及x轴围成的平面图形（如图甲）绕x轴旋转一周所得旋转体的体积为V，如何求V？分析：在区间[,]ab内插入1n个分点，使0121nnaxxxxxb，把曲线()yfx（axb）分割成n个垂直于x轴的“小长条”，如图甲所示。设第i个“小长条”的宽是1iiixxx，1,2,,in。这个“小长条”绕x轴旋转一周就得到一个厚度是ix的小圆片，如图乙所示。当ix很小时，第i个小圆片近似于底面半径为()iiyfx的小圆柱。因此，第i个小圆台的体积iV近似为2()iiiVfxx该几何体的体积V等于所有小圆柱的体积和：2221122[()()()]nnVfxxfxxfxx这个问题就是积分问题，则有：22()()bbaaVfxdxfxdx（北师大版）选修2-2：定积分编写教师：焦旭利2归纳：设旋转体是由连续曲线()yfx和直线xa，xb及x轴围成的曲边梯形绕x轴旋转而成，则所得到的几何体的体积为2()baVfxdx2.利用定积分求旋转体的体积（1）找准被旋转的平面图形，它的边界曲线直接决定被积函数（2）分清端点（3）确定几何体的构造（4）利用定积分进行体积计算3.一个以y轴为中心轴的旋转体的体积若求绕y轴旋转得到的旋转体的体积，则积分变量变为y，其公式为2()baVgydy类型一：求简单几何体的体积例1：给定一个边长为a的正方形，绕其一边旋转一周，得到一个几何体，求它的体积思路：由旋转体体积的求法知，先建立平面直角坐标系，写出正方形旋转轴对边的方程，确定积分上、下限，确定被积函数即可求出体积。解：以正方形的一个顶点为原点，两边所在的直线为,xy轴建立如图所示的平面直角坐标系，如图:BCya。则该旋转体即为圆柱的体积为：22300|aaVadxaxa规律方法：求旋转体的体积，应先建立平面直角坐标系，设旋转曲线函数为()fx。确定积分上、下限,ab，则体积2()baVfxdx练习1：如图所示，给定直角边为a的等腰直角三角形，绕y轴旋转一周，求形成的几何体的体积。解：形成的几何体的体积为一圆柱的体积减去一圆锥的体积。223330012|33aaVaaydyaya（北师大版）选修2-2：定积分编写教师：焦旭利3类型二：求组合型几何体的体积例2：如图，求由抛物线28(0)yxy与直线60xy及0y所围成的图形绕x轴旋转一周所得几何体的体积。思路：解答本题可先由解析式求出交点坐标。再把组合体分开来求体积。解：解方程组28(0)60yxyxy得：24xy28yx与直线60xy的交点坐标为(2,4)所求几何体的体积为：26220264112(8)(6)1633Vxdxxdx规律方法：解决组合体的体积问题，关键是对其构造进行剖析，分解成几个简单几何体体积的和或差，然后，分别利用定积分求其体积。练习2：求由直线2yx，直线1x与x轴围成的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。解：旋转体的体积：1204(2)3Vxdx类型三：有关体积的综合问题：例3：求由曲线212yx与2yx所围成的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。思路：解题的关键是把所求旋转体体积看作两个旋转体体积之差。画出草图确定被积函数的边界确定积分上、下限用定积分表示体积求定积分解：曲线212yx与2yx所围成的平面图形如图所示：设所求旋转体的体积为V（北师大版）选修2-2：定积分编写教师：焦旭利4根据图像可以看出V等于曲线2yx，直线2x与x轴围成的平面图形绕x轴旋转一周所得的旋转体的体积（设为1V）减去曲线212yx直线2x与x轴围成的平面图形绕x轴旋转一周所得的旋转体的体积（设为2V）2222210001(2)22|42Vxdxxdxx22224522000118|24455Vxdxxdxx12812455VVV反思：结合图形正确地把求旋转体体积问题转化为求定积分问题是解决此类问题的一般方法。练习3：求由1yx，229yx以及y轴围成的图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积。解：由2129yxyx得：32xy33400451(1)8110Vxdxxdx误区警示：忽略了对变量的讨论而致错例：已知曲线2yx，1yx和直线0y，(0)xaa。试用a表示该四条曲线围成的平面图形绕x轴旋转一周所形成的几何体的体积。思路：掌握对定积分的几何意义，不要忽视了对变量a的讨论。解：由21yxyx得11xy由示意图可知：要对a与1的关系进行讨论：①
当01a时，224500()5aaVxdxxdxa（北师大版）选修2-2：定积分编写教师：焦旭利5②
当1a时，21220116()5aVxdxdxxa所得旋转体的体积为5(01)56(1)5aaVaa追本溯源：利用定积分求旋转体的体积问题的关键在于：（1）找准被旋转的平面图形，它的边界曲线直接决定被积函数（2）分清端点（3）确定几何体的构造（4）利用定积分进行体积计算