문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

입체도형의 부피

단면의 넓이를 적분해 부피를 구한다(원판·와셔로 회전체의 부피 포함)

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

25문제 · 2 / 2쪽

21.APEX · 7.2절 · 12번우리말 번역

연습문제 9–12번에서 데카르트 평면의 한 영역이 색칠되어 있습니다. 디스크/와셔 방법을 이용하여, 이 영역을 yy축을 중심으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피를 구하세요.

그림

영어 원문 보기

In Exercises 9–12, a region of the Cartesian plane is shaded. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by revolving the region about the yy-axis.

figure

정답·풀이 보기

2π/152\pi/15 단위3^3

원본 교재 풀이(영어)

2π/152\pi/15 units3^3

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.2절 · 48번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
22.CLP-2 · 1.6절 · 2번우리말 번역

두 도예가가 높이가 hh 단위인 점토 덩어리와 똑같은 정사각형 쿠키 커터를 가지고 시작한다. 이들은 정사각형 쿠키 커터를 점토 위에서 곧바로 눌러 내려, 단면이 쿠키 커터와 같은 정사각형인 기둥을 만든다. 도예가 A는 점토 덩어리가 탁자 위에 가만히 놓여 있는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리고, 도예가 B는 점토 덩어리가 물레 위에서 회전하는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리므로 기둥이 비틀려 보인다. 어느 기둥의 부피가 더 큰가?

그림

그림

영어 원문 보기

Two potters start with a block of clay hh units tall, and identical square cookie cutters. They form columns by pushing the square cookie cutter straight down over the clay, so that its cross-section is the same square as the cookie cutter. Potter A pushes their cookie cutter down while their clay block is sitting motionless on a table; Potter B pushes their cookie cutter down while their clay block is rotating on a potter's wheel, so their column looks twisted. Which column has greater volume?

figure

figure

정답·풀이 보기

두 기둥의 부피는 같다. 기둥을 수평 단면으로 잘게 나누어 보면 알 수 있다. 각 단면의 넓이는 쿠키 커터의 넓이 AA 와 같고 높이는 dy\mathrm{d}y 이다. 그러면 두 경우 모두 기둥의 부피는 ∫0hA dy=hA 세제곱단위\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ 세제곱단위} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The columns have the same volume. We can see this by chopping up the columns into horizontal cross-sections. Each cross-section has the same area as the cookie cutter, AA, and height dy\mathrm{d}y. Then in both cases, the volume of the column is ∫0hA dy=hA cubic units\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ cubic units}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 3번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
23.CLP-2 · 1.6절 · 3번우리말 번역

RR 를 아래 그림에 나타낸 y=f(x)y=f(x) 의 그래프로 위쪽이 막히고 xx축으로 아래쪽이 막힌, x=0x=0 에서 x=6x=6 까지의 영역이라고 하자. RR 를 yy축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 와셔(워셔 모양의 속이 빈 원판)들을 그리세요. 스케치에 모든 반지름을 yy 에 대한 식으로 표시하고, 두께도 표시하세요.

그림

영어 원문 보기

Let RR be the region bounded above by the graph of y=f(x)y=f(x) shown below and bounded below by the xx-axis, from x=0x=0 to x=6x=6. Sketch the washers that are formed by rotating RR about the yy-axis. In your sketch, label all the radii in terms of yy, and label the thickness.

figure

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 구간별로 정의된 일차함수이므로 그래프에서 각 구간의 식을 구할 수 있다. 반지름은 xx의 값으로 정해지므로, 아래에서는 xx의 값을 yy 에 대한 함수로 나타낸다.

그림

그림의 영역을 yy축을 중심으로 회전시킨다고 생각하면 두 종류의 와셔가 만들어진다. y<1y<1 일 때는 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생기고, y>1y>1 일 때는 고리가 하나 생긴다.

  • 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6} 일 때의 와셔: y>1y>1 이면 와셔의 안쪽 반지름은 2+23y2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 6−23y6-\frac{2}{3}y, 높이는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

  • 0≤y<1\mathbf{0\le y <1} 일 때의 와셔: 0≤y<10 \le y < 1 이면 함수의 두 "봉우리"에 대응하는, 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생긴다. 안쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r1=yr_1=y, 바깥쪽 반지름은 R1=2−yR_1=2-y 이다. 바깥쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y 이다. 와셔의 두께는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

Notice f(x)f(x) is a piecewise linear function, so we can find explicit equations for each of its pieces from the graph. The radii will be determined by the xx-values, so below we give the xx-values as functions of yy.

figure

If we imagine rotating the region from the picture about the yy-axis, there will be two kinds of washers formed: when y<1y<1, we have a “double washer," two concentric rings. When y>1y>1, we have a single ring.

  • Washers when 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6}: If y>1y>1, then our washer has inner radius 2+23y2+\frac{2}{3}y, outer radius 6−23y6-\frac{2}{3}y, and height dy\mathrm{d}y.

figure

  • Washers when 0≤y<1\mathbf{0\le y <1}: When 0≤y<10 \le y < 1, we have a “double washer," two concentric rings corresponding to the two “humps" in the function. The inner washer has inner radius r1=yr_1=y and outer radius R1=2−yR_1=2-y. The outer washer has inner radius r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y and outer radius R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y. The thickness of the washers is dy\mathrm{d}y.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 13번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
24.Active Calculus · 6.2절 · 6번우리말 번역

곡선 f(x)=3cos⁡(x34)f(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 과, 이 그래프 중 제1사분면에서 yy축과 f(x)=0f(x) = 0 을 만족하는 첫 번째 양의 xx 값 사이에 놓인 부분을 생각하세요. RR 을 ff 의 이 부분, xx축, yy축으로 둘러싸인 영역이라고 하세요.

(a) RR 의 위쪽 경계를 따라 놓인 ff 의 정확한 곡선의 길이를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (b) RR 의 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (c) 영역 RR 을 xx축을 중심으로 회전시킨다고 하세요. 이때 생기는 회전체의 정확한 부피를 값으로 갖는 정적분을 세우세요. 적절한 공학 도구를 사용하여 구한 정적분의 값을 계산하세요. (d) 대신 RR 을 yy축을 중심으로 회전시킨다고 하세요. 가능하다면, 회전체의 정확한 부피를 값으로 갖는 적분식을 세우고 적절한 공학 도구를 사용하여 그 적분의 값을 계산하세요. 가능하지 않다면, 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Consider the curve f(x)=3cos⁡(x34)f(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and the portion of its graph that lies in the first quadrant between the yy-axis and the first positive value of xx for which f(x)=0f(x) = 0. Let RR denote the region bounded by this portion of ff, the xx-axis, and the yy-axis.

(a) Set up a definite integral whose value is the exact arc length of ff that lies along the upper boundary of RR. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (b) Set up a definite integral whose value is the exact area of RR. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (c) Suppose that the region RR is revolved around the xx-axis. Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution that is generated. Use technology appropriately to evaluate the integral you find. (d) Suppose instead that RR is revolved around the yy-axis. If possible, set up an integral expression whose value is the exact volume of the solid of revolution and evaluate the integral using appropriate technology. If not possible, explain why.

정답·풀이 보기

(a) 함수의 그래프를 그리고 공학 도구를 사용하여 f(x)f(x) 가 xx축과 만나는 지점을 찾으면, 영역 RR 은 다음 그림과 같다. 이 그림은 구간 0,3 에서 함수 f(x) = 3 cos( frac x 3 4 ) 의 그래프를 나타내며, x축 위쪽에서 y축부터 함수의 첫 번째 영점(대략 곡선의 길이 공식을 적용하려면 ff 의 도함수가 필요하다. 합성함수의 미분법에 의해 f′(x)=−3sin⁡(x34)⋅34x2f'(x) = -3 \sin(\frac{x^3}{4}) \cdot \frac{3}{4}x^2 이므로, RR 의 위쪽 경계를 따라 놓인 ff 의 곡선의 길이는 다음과 같다. L=∫01.842571+(−3sin⁡(x34)⋅34x2)2 dx .L = \int_0^{1.84257} \sqrt{1+\left( -3 \sin \left(\frac{x^3}{4}\right) \cdot \frac{3}{4}x^2 \right)^2} \, dx\,. 공학 도구로 이 정적분의 값을 계산하면 L≈4.10521L \approx 4.10521 이다. (b) RR 의 넓이는 다음과 같다. A=∫01.845273cos⁡(x34) dx≈4.6623 .A = \int_0^{1.84527} 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 4.6623\,. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시키면, xx축에 수직인 단면으로 자른 원판법을 사용하여 생기는 입체의 부피를 구할 수 있다. 각 원판의 반지름이 r(x)=3cos⁡(x34)r(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 이고 각 원판의 두께가 △x\triangle x 이므로, 각 조각의 부피는 다음과 같다. V조각≈πr(x)2△x=π(3cos⁡(x34))2△xV_{\text{조각}} \approx \pi r(x)^2 \triangle x = \pi \left( 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \right)^2 \triangle x 따라서 전체 부피는 다음과 같다. V=∫01.84527π⋅9cos⁡2(x34) dx≈40.31965V = \int_0^{1.84527} \pi \cdot 9 \cos^2 \left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 40.31965 (d) 대신 RR 을 yy축을 중심으로 회전시키면, 원판법을 적용하기 위해 두께가 △y\triangle y 인 수평 원판을 사용해야 한다. 그러려면 주어진 대로 yy 를 xx 의 함수로 나타내는 대신 xx 를 yy 의 함수로 나타내야 한다. 따라서 주어진 함수 y=3cos⁡(x34)y = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) 에서 xx 에 대해 방정식을 푼다. 먼저 다음을 얻는다. cos⁡(x34)=y3\cos\left( \frac{x^3}{4} \right) = \frac{y}{3} 그러므로 역코사인을 사용하면 x34=arccos⁡(y3)\frac{x^3}{4} = \arccos \left( \frac{y}{3} \right) 이고, 따라서 x3=4arccos⁡(y3)x^3 = 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) 이므로 x=4arccos⁡(y3)3 .x = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)}\,. 이제 대표적인 조각은 반지름이 r(y)=4arccos⁡(y3)3r(y) = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} 이고 두께가 △y\triangle y 이며, 부피는 다음과 같다. V조각≈π⋅(4arccos⁡(y3)3)2△y .V_{\text{조각}} \approx \pi \cdot \left( \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} \right)^2 \triangle y\,. y=0y = 0 부터 y=3y = 3 까지 조각들을 더하기 위해 적분하면, 회전체의 부피는 다음과 같다. V=∫03π(4arccos⁡(y3))2/3 dy≈23.29194 .V = \int_0^3 \pi \left( 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) \right)^{2/3} \, dy \approx 23.29194\,.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Plotting the function and using technology to find where f(x)f(x) intersects the xx-axis, we see that the region RR as pictured in the following figure. This image shows a plot of the function f(x) = 3 cos( frac x 3 4 ) on the interval 0,3 and shades only the region bounded above the x-axis from the y-axis up to the first zero of the function at appro To apply the formula we developed for arc length, we need the derivative of ff. By the chain rule, f′(x)=−3sin⁡(x34)⋅34x2f'(x) = -3 \sin(\frac{x^3}{4}) \cdot \frac{3}{4}x^2, so the arc length of ff that lies along the upper boundary of RR is L=∫01.842571+(−3sin⁡(x34)⋅34x2)2 dx .L = \int_0^{1.84257} \sqrt{1+\left( -3 \sin \left(\frac{x^3}{4}\right) \cdot \frac{3}{4}x^2 \right)^2} \, dx\,. Using technology to evaluate the integral, we find L≈4.10521L \approx 4.10521. (b) The area of RR is A=∫01.845273cos⁡(x34) dx≈4.6623 .A = \int_0^{1.84527} 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 4.6623\,. (c) Revolving RR around the xx-axis, we can use the disk method with slices perpendicular to the xx-axis to find the volume of the resulting region. Noting that the radius of each such disk is r(x)=3cos⁡(x34)r(x) = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and the width of each such disk is △x\triangle x, we know the volume of each slice is Vslice≈πr(x)2△x=π(3cos⁡(x34))2△xV_{\text{slice}} \approx \pi r(x)^2 \triangle x = \pi \left( 3 \cos\left( \frac{x^3}{4} \right) \right)^2 \triangle x and thus the total volume is V=∫01.84527π⋅9cos⁡2(x34) dx≈40.31965V = \int_0^{1.84527} \pi \cdot 9 \cos^2 \left( \frac{x^3}{4} \right) \, dx \approx 40.31965 (d) If we instead revolve RR around the yy-axis, we need to use horizontal disks of thickness △y\triangle y in order to apply the disk method. To do that, we also need to express xx as a function of yy, rather than yy as a function of xx as given. Thus we take the given function y=3cos⁡(x34)y = 3 \cos(\frac{x^3}{4}) and solve the equation for xx. First, we observe cos⁡(x34)=y3\cos\left( \frac{x^3}{4} \right) = \frac{y}{3} and thus using the inverse cosine, x34=arccos⁡(y3)\frac{x^3}{4} = \arccos \left( \frac{y}{3} \right) and therefore x3=4arccos⁡(y3)x^3 = 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) so that x=4arccos⁡(y3)3 .x = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)}\,. Now, a typical slice has radius r(y)=4arccos⁡(y3)3r(y) = \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} with thickness △y\triangle y, and volume Vslice≈π⋅(4arccos⁡(y3)3)2△y .V_{\text{slice}} \approx \pi \cdot \left( \sqrt[3]{4\arccos \left(\frac{y}{3} \right)} \right)^2 \triangle y\,. Integrating to add up the slices from y=0y = 0 to y=3y = 3, we have the volume of the solid of revolution is V=∫03π(4arccos⁡(y3))2/3 dy≈23.29194 .V = \int_0^3 \pi \left( 4\arccos \left(\frac{y}{3} \right) \right)^{2/3} \, dy \approx 23.29194\,.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.2절 · 6번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
25.Active Calculus · 6.2절 · 7번우리말 번역

곡선 y=sin⁡(x)y = \sin(x) 와 y=cos⁡(x)y = \cos(x) 를 생각하세요. 다음 각 문제에서 고려하는 영역/회전체의 그림과, 이름을 붙인 대표 조각을 함께 그리세요.

(a) yy축과 곡선 y=sin⁡(x)y = \sin(x), y=cos⁡(x)y = \cos(x) 로 둘러싸인 영역 RR 의 그래프를 그리세요. 단, 두 곡선이 처음으로 만나는 양의 xx 값까지로 합니다. 두 곡선의 교점의 정확한 좌표는 무엇인가요? (b) 영역 RR 의 정확한 넓이와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (d) RR 을 yy축을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (e) RR 을 직선 y=2y = 2 를 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요. (f) RR 을 직선 x=−1x = -1 을 중심으로 회전시켜 만들어진 회전체의 정확한 부피와 같은 값을 갖는 정적분을 세우세요.

영어 원문 보기

Consider the curves given by y=sin⁡(x)y = \sin(x) and y=cos⁡(x)y = \cos(x). For each of the following problems, you should include a sketch of the region/solid being considered, as well as a labeled representative slice.

(a) Sketch the region RR bounded by the yy-axis and the curves y=sin⁡(x)y = \sin(x) and y=cos⁡(x)y = \cos(x) up to the first positive value of xx at which they intersect. What is the exact intersection point of the curves? (b) Set up a definite integral whose value is the exact area of RR. (c) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the xx-axis. (d) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the yy-axis. (e) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the line y=2y = 2. (f) Set up a definite integral whose value is the exact volume of the solid of revolution generated by revolving RR about the line x=−1x = -1.

정답·풀이 보기

(a) 이 그림은 구간 0,1 에서 함수 y = cos(x) 와 y = sin(x) 의 그래프를 그린 것이며, 구간 0, frac pi 4 에서 이 두 곡선과 y축으로 둘러싸인 영역 R 을 함께 보여 준다(두 곡선은 점 p 위의 그림을 보라. 두 곡선의 교점은 제1사분면에서 cos⁡(x)=sin⁡(x)\cos(x) = \sin(x) 인 곳이므로 점 (π4,22)(\frac{\pi}{4}, \frac{\sqrt{2}}{2}) 이다. (b) RR 의 넓이는 다음 정적분으로 주어진다. A=∫0π4(cos⁡(x)−sin⁡(x)) dx .A = \int_0^{\frac{\pi}{4}} ( \cos(x) - \sin(x) ) \, dx\,. (c) RR 을 xx축을 중심으로 회전시키고, 축에 수직이며 두께가 △x\triangle x 인 조각으로 자르면, 생기는 와셔의 바깥쪽 반지름은 R(x)=cos⁡(x)R(x) = \cos(x) 이고 안쪽 반지름은 r(x)=sin⁡(x)r(x) = \sin(x) 이다. 대표 조각의 부피는 V조각≈π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x))△xV_{\text{조각}} \approx \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \triangle x 이므로, 구간 x=0x = 0 부터 x=π/4x = \pi/4 까지 조각들을 정적분으로 더하면 회전체의 부피는 다음과 같다. V=∫0π4π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x)) dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \, dx\,. (d) RR 을 yy축을 중심으로 회전시키면, 생기는 도형의 단면은 yy축에 수직이고 두께가 △x\triangle x 인 원판이다. 그런데 각 원판의 반지름을 결정하는 반지름 R(y)R(y) 는 y=0y = 0 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서 높이 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 에서 바뀐다. 또한 영역을 둘러싸는 두 곡선을 yy의 함수로서 xx 로 나타내야 한다. y=0y = 0 부터 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 까지의 구간에서는 사인 함수가 경계를 이루며 이를 x=arcsin⁡(y)x = \arcsin(y) 로 쓴다. y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서는 코사인 함수가 경계를 이루며 이를 x=arccos⁡(y)x = \arccos(y) 로 쓴다. 아래쪽 구간에서 대표 조각의 부피는 V조각≈πarcsin⁡2(y)△y .V_{\text{조각}} \approx \pi \arcsin^2(y) \triangle y\,. 위쪽 구간에도 같은 방법으로 생각하고 알맞은 정적분으로 조각들을 더하면 다음을 얻는다. V=∫022πarcsin⁡2(y) dy+∫221πarccos⁡2(y) dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi \arcsin^2(y) \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi \arccos^2(y) \, dy (e) 그림을 그린다. RR 을 직선 y=2y = 2 를 중심으로 회전시키면, 직선 y=2y = 2 에 수직인 단면은 두께가 △x\triangle x 이고 바깥쪽 반지름이 R(x)=2−sin⁡(x)R(x) = 2 - \sin(x), 안쪽 반지름이 r(x)=2−cos⁡(x)r(x) = 2 - \cos(x) 인 와셔이다. 구간 [0,π4][0, \frac{\pi}{4}] 에서 2−sin⁡(x)≥2−cos⁡(x)2 - \sin(x) \ge 2 - \cos(x) 이기 때문이다. 따라서 대표 조각의 부피는 V조각≈π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2]△xV_{\text{조각}} \approx \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \triangle x 이고, 이를 적분하여 전체 부피를 구하면 다음과 같다. V=∫0π4π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2] dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \, dx\,. (f) RR 을 직선 x=−1x = -1 을 중심으로 회전시키면, 생기는 도형의 단면은 yy축에 수직이고 두께가 △x\triangle x 인 와셔이다. 안쪽 반지름은 항상 r(y)=1r(y) = 1 이지만, 각 와셔의 더 큰 반지름을 결정하는 바깥쪽 반지름 R(y)R(y) 는 y=0y = 0 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서 높이 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 에서 바뀐다. (d)와 마찬가지로 영역을 둘러싸는 두 곡선을 yy의 함수로서 xx 로 나타낸다. y=0y = 0 부터 y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 까지의 구간에서는 R(y)=1+arcsin⁡(y)R(y) = 1 + \arcsin(y) 이고, y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} 부터 y=1y = 1 까지의 구간에서는 R(y)=1+arccos⁡(y)R(y) = 1 + \arccos(y) 이다. 아래쪽 구간에서 대표 조각의 부피는 V조각≈π[(1+arcsin⁡(y))2−12]△y .V_{\text{조각}} \approx \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \triangle y\,. 위쪽 구간에도 같은 방법으로 생각하고 알맞은 정적분으로 조각들을 더하면 다음을 얻는다. V=∫022π[(1+arcsin⁡(y))2−12] dy+∫221π[(1+arccos⁡(y))2−12] dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi [ (1+\arccos(y))^2 - 1^2 ] \, dy

원본 교재 풀이(영어)

(a) This figure shows the functions y = cos(x) and y = sin(x) plotted on the interval 0,1 with the region R they bound along with the y-axis on the interval 0, frac pi 4 (the two curves intersect at the p See the sketch above. The exact intersection point of the curves is where cos⁡(x)=sin⁡(x)\cos(x) = \sin(x) in the first quadrant, and thus at the point (π4,22)(\frac{\pi}{4}, \frac{\sqrt{2}}{2}). (b) The area of RR is given by the definite integral A=∫0π4(cos⁡(x)−sin⁡(x)) dx .A = \int_0^{\frac{\pi}{4}} ( \cos(x) - \sin(x) ) \, dx\,. (c) Revolving RR about the xx-axis and using slices perpendicular to the axis with thickness △x\triangle x, the outer radius of the resulting washers is R(x)=cos⁡(x)R(x) = \cos(x), while the inner radius of the washers is r(x)=sin⁡(x)r(x) = \sin(x). The volume of a typical slice is Vslice≈π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x))△xV_{\text{slice}} \approx \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \triangle x and thus using an integral to sum the slices over the interval x=0x = 0 to x=π/4x = \pi/4, we find the volume of the solid is V=∫0π4π(cos⁡2(x)−sin⁡2(x)) dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi (\cos^2(x) - \sin^2(x)) \, dx\,. (d) Revolving RR about the yy-axis, the resulting figure has solid cross sections that are disks perpendicular to the yy-axis with thickness △x\triangle x, but the radius R(y)R(y) that governs the radius of each disk changes at the height where y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} in the interval from y=0y = 0 to y=1y = 1. We also need to express the two curves that bound the region with xx as a function of yy. On the interval from y=0y = 0 to y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2}, the sine function provides the boundary, which we write as x=arcsin⁡(y)x = \arcsin(y); on the interval from y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} to y=1y = 1, the cosine function provides the boundary, which we write as x=arccos⁡(y)x = \arccos(y). On the lower interval, a typical slice has volume Vslice≈πarcsin⁡2(y)△y .V_{\text{slice}} \approx \pi \arcsin^2(y) \triangle y\,. Using similar reasoning for the upper interval and summing the slices using appropriate definite integrals, we find that V=∫022πarcsin⁡2(y) dy+∫221πarccos⁡2(y) dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi \arcsin^2(y) \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi \arccos^2(y) \, dy (e) Draw a picture. Revolving RR about the line y=2y = 2, we see that cross-sections perpendicular to the line y=2y = 2 are washers with thickness △x\triangle x, outer radius R(x)=2−sin⁡(x)R(x) = 2 - \sin(x), and inner radius r(x)=2−cos⁡(x)r(x) = 2 - \cos(x), since 2−sin⁡(x)≥2−cos⁡(x)2 - \sin(x) \ge 2 - \cos(x) on the interval [0,π4][0, \frac{\pi}{4}]. Thus, the volume of a typical slice is Vslice≈π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2]△xV_{\text{slice}} \approx \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \triangle x and hence integrating to sum the total volume, we find V=∫0π4π[(2−sin⁡(x))2−(2−cos⁡(x))2] dx .V = \int_0^{\frac{\pi}{4}} \pi [(2 - \sin(x))^2 - (2 - \cos(x))^2] \, dx\,. (f) Revolving RR about the line x=−1x = -1, the resulting figure has solid cross sections that are washers perpendicular to the yy-axis with thickness △x\triangle x; the inner radius is always r(y)=1r(y) = 1, but the outer radius R(y)R(y) that governs the larger radius of each washer changes at the height where y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} in the interval from y=0y = 0 to y=1y = 1. As in (d), we express the two curves that bound the region with xx as a function of yy. On the interval from y=0y = 0 to y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2}, R(y)=1+arcsin⁡(y)R(y) = 1 + \arcsin(y); on the interval from y=22y = \frac{\sqrt{2}}{2} to y=1y = 1,R(y)=1+arccos⁡(y)R(y) = 1 + \arccos(y). On the lower interval, a typical slice has volume Vslice≈π[(1+arcsin⁡(y))2−12]△y .V_{\text{slice}} \approx \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \triangle y\,. Using similar reasoning for the upper interval and summing the slices using appropriate definite integrals, we find that V=∫022π[(1+arcsin⁡(y))2−12] dy+∫221π[(1+arccos⁡(y))2−12] dyV = \int_0^{\frac{\sqrt{2}}{2}} \pi [ (1+\arcsin(y))^2 - 1^2 ] \, dy + \int_{\frac{\sqrt{2}}{2}}^1 \pi [ (1+\arccos(y))^2 - 1^2 ] \, dy

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 6.2절 · 6번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)