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.

84문제 · 5 / 5쪽

81.CLP-2 · 1.6절 · 17번우리말 번역

지구의 모양은 구가 아니라 납작한 회전타원체로 어림되는 경우가 많습니다. 납작한 회전타원체는 타원을 단축(가장 짧은 지름)을 축으로 회전시켜 만든 도형입니다.

(a) 타원 (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 의 위쪽(양의) 절반을 xx축을 중심으로 회전시켜 얻은 납작한 회전타원체의 부피를 구하세요. 단, aa 와 bb 는 a≥ba \geq b 인 양의 상수입니다. (b) (지구 개요 자료, NASA, https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, 2017년 7월 2일 접속) 지구의 적도 반지름이 6378.137 km 이고 극 반지름이 6356.752 km 라고 합시다. 지구를 타원 (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 의 위쪽 절반을 xx축을 중심으로 회전시켜 얻은 납작한 회전타원체로 모형화하면, aa 와 bb 는 각각 얼마인지 구하세요. (c) 이 지구 모형의 부피를 구하세요. (계산기를 사용하세요.) (d) 지구를 반지름이 6378.1376378.137 km 인 구로 모형화하여 부피를 계산했다고 합시다. 납작한 회전타원체로 계산한 값과 비교할 때 절대오차와 상대오차는 각각 얼마인지 구하세요.

영어 원문 보기

The shape of the earth is often approximated by an oblate spheroid, rather than a sphere. An oblate spheroid is formed by rotating an ellipse about its minor axis (its shortest diameter).

(a) Find the volume of the oblate spheroid obtained by rotating the upper (positive) half of the ellipse (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 about the xx-axis, where aa and bb are positive constants with a≥ba \geq b. (b) Suppose (Earth Fact Sheet, NASA, https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, accessed 2 July 2017) the earth has radius at the equator of 6378.137 km, and radius at the poles of 6356.752 km. If we model the earth as an oblate spheroid formed by rotating the upper half of the ellipse (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 about the xx-axis, what are aa and bb? (c) What is the volume of this model of the earth? (Use a calculator.) (d) Suppose we had calculated the volume of the earth by modelling it as a sphere with radius 6378.1376378.137 km. What would our absolute and relative errors be, compared to our oblate spheroid calculation?

정답·풀이 보기

(a)

먼저 타원 (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1 의 위쪽 절반의 그래프를 그린다. 절편만 알아도 대략적인 모양을 알 수 있다: (0,1b)(0,\frac{1}{b}) 와 (±1a,0)(\pm\frac{1}{a},0):

그림

처음에 몇 가지를 짚어 두자. 첫째, a≥ba \geq b 이므로 1a≤1b\frac{1}{a} \leq \frac{1}{b} 이고, 따라서 xx축이 단축이다. 즉, 납작한 회전타원체를 만들기 위해 알맞은 축을 중심으로 회전시키고 있다.

둘째, 방정식을 yy 에 대해 풀면 y=1b1−(ax)2y=\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2} 이다. (타원의 위쪽 절반만 필요하므로 양의 제곱근만 생각하면 된다.)

이제 표준적인 회전체의 부피 문제이다. 너비가 dx\mathrm{d}x 이고 높이가 y=1b1−(ax)2y=\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2} 인 세로 조각으로 나눈다. 이 조각들을 xx축을 중심으로 회전시키면 부피가 π[1b1−(ax)2]2dx\pi\left[\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}\right]^2\mathrm{d}x 인 얇은 원판이 된다. xx 는 −1a-\frac{1}{a} 에서 1a\frac{1}{a} 까지 변하므로, 납작한 회전타원체의 부피는 다음과 같다:

부피=∫−1a1aπ[1b1−(ax)2]2dx=πb2∫−1a1a1−(ax)2 dx=2πb2∫01a1−(ax)2 dx(우함수)=2πb2[x−a2x33]01a=2πb2[1a−13a]=4π3b2a\begin{aligned} \text{부피}&=\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}} \pi \left[\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}\right]^2\mathrm{d}x\\ &=\frac{\pi}{b^2}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}} 1-(ax)^2\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\int_{0}^{\frac{1}{a}} 1-(ax)^2\ \mathrm{d}x&\text{(우함수)}\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\left[x - \frac{a^2x^3}{3}\right]_{0}^{\frac{1}{a}}\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\left[\frac{1}{a} - \frac{1}{3a} \right] = \frac{4\pi}{3b^2a} \end{aligned}

(b) (a)의 그래프에서 보았듯이 타원의 가장 짧은 반지름은 1a\frac{1}{a} 이고 가장 긴 반지름은 1b\frac{1}{b} 이다. 따라서 1a=6356.752\frac{1}{a} = 6356.752 이고 1b=6378.137\frac{1}{b} = 6378.137 이다. 즉, a=16356.752a = \dfrac{1}{6356.752} 이고 b=16378.137b=\dfrac{1}{6378.137} 이다.

(a)에서 주어진 대로 a≥ba \geq b 임에 유의한다.

(c) (a)와 (b)의 답을 결합하면, 지구와 거의 같은 크기의 납작한 회전타원체의 부피는 다음과 같다:

4π3b2a=4π3(1b)2(1a)=4π3(6378.137)2(6356.752)≈1.08321×1012km3≈1.08321×1021m3\begin{aligned} \frac{4\pi}{3b^2a} &= \frac{4\pi}{3}\left(\frac{1}{b}\right)^2\left(\frac{1}{a}\right)\\ &=\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right)\\ &\approx 1.08321\times 10^{12} \quad\mathrm{km}^3\\ &\approx 1.08321\times 10^{21} \quad\mathrm{m}^3 \end{aligned}

(d) 반지름이 6378.137 인 구의 부피는

43π(6378.137)3따라서 절대오차는 다음과 같다:∣4π3(6378.137)2(6356.752)−43π(6378.137)3∣=4π3(6378.137)2∣6356.752−6378.137∣=4π3(6378.137)2(21.385)≈ 3.64×109 km3그리고 상대오차는 다음과 같다:절대오차참값=4π3(6378.137)2∣6356.752−6378.137∣4π3(6378.137)2(6356.752)=∣6356.752−6378.137∣6356.752=6378.1376356.752−1≈ 0.00336\begin{aligned} &\dfrac{4}{3}\pi\left(6378.137\right)^3 \\ \text{따라서 절대오차는 다음과 같다:} \\ &\left|\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right) - \dfrac{4}{3}\pi\left(6378.137\right)^3 \right|\\ =&\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\big|6356.752 - 6378.137\big|\\ =&\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2(21.385)\\ \approx&~3.64 \times 10^{9}~\mathrm{km}^3 \\ \text{그리고 상대오차는 다음과 같다:} \\ \frac{\text{절대오차}}{\text{참값}}&=\frac{\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\big|6356.752 - 6378.137\big|}{\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right)}\\ &=\frac{\big|6356.752 - 6378.137\big|}{6356.752}\\ &=\frac{6378.137}{6356.752}-1\\ &\approx ~0.00336 \end{aligned}

즉, 약 0.336%0.336\% 로, 1퍼센트의 약 3분의 1이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a)

We'll want to start by graphing the upper half of the ellipse (ax)2+(by)2=1(ax)^2+(by)^2=1. Its intercepts will be enough to get us an idea: (0,1b)(0,\frac{1}{b}) and (±1a,0)(\pm\frac{1}{a},0):

figure

We note a few things at the outset: first, since a≥ba \geq b, then 1a≤1b\frac{1}{a} \leq \frac{1}{b}, so indeed the xx-axis is the minor axis. That is, we're rotating about the proper axis to create an oblate spheroid.

Second, if we solve our equation for yy, we get y=1b1−(ax)2y=\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}. (Since we only want the upper half of the ellipse, we only need to consider the positive square root.)

Now, we have a standard volume-of-revolution problem. We make vertical slices, of width dx\mathrm{d}x and height y=1b1−(ax)2y=\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}. When we rotate these slices about the xx-axis, they form thin disks of volume π[1b1−(ax)2]2dx\pi\left[\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}\right]^2\mathrm{d}x . Since xx runs from −1a-\frac{1}{a} to 1a\frac{1}{a}, the volume of our oblate spheroid is:

Volume=∫−1a1aπ[1b1−(ax)2]2dx=πb2∫−1a1a1−(ax)2 dx=2πb2∫01a1−(ax)2 dx(even function)=2πb2[x−a2x33]01a=2πb2[1a−13a]=4π3b2a\begin{aligned} \text{Volume}&=\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}} \pi \left[\frac{1}{b}\sqrt{1-(ax)^2}\right]^2\mathrm{d}x\\ &=\frac{\pi}{b^2}\int_{-\frac{1}{a}}^{\frac{1}{a}} 1-(ax)^2\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\int_{0}^{\frac{1}{a}} 1-(ax)^2\ \mathrm{d}x&\text{(even function)}\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\left[x - \frac{a^2x^3}{3}\right]_{0}^{\frac{1}{a}}\\ &=\frac{2\pi}{b^2}\left[\frac{1}{a} - \frac{1}{3a} \right] = \frac{4\pi}{3b^2a} \end{aligned}

(b) As we saw in the sketch from part (a), the shortest radius of the ellipse is 1a\frac{1}{a}, while the largest is 1b\frac{1}{b}. So, 1a=6356.752\frac{1}{a} = 6356.752, and 1b=6378.137\frac{1}{b} = 6378.137. That is, a=16356.752a = \dfrac{1}{6356.752} and b=16378.137b=\dfrac{1}{6378.137}.

Note a≥ba \geq b, as specified in part (a).

(c) Combining our answers from (a) and (b), the volume of an oblate spheroid with approximately the same dimensions as the earth is:

4π3b2a=4π3(1b)2(1a)=4π3(6378.137)2(6356.752)≈1.08321×1012km3≈1.08321×1021m3\begin{aligned} \frac{4\pi}{3b^2a} &= \frac{4\pi}{3}\left(\frac{1}{b}\right)^2\left(\frac{1}{a}\right)\\ &=\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right)\\ &\approx 1.08321\times 10^{12} \quad\mathrm{km}^3\\ &\approx 1.08321\times 10^{21} \quad\mathrm{m}^3 \end{aligned}

(d) A sphere of radius 6378.137 has volume

43π(6378.137)3So, our absolute error is:∣4π3(6378.137)2(6356.752)−43π(6378.137)3∣=4π3(6378.137)2∣6356.752−6378.137∣=4π3(6378.137)2(21.385)≈ 3.64×109 km3And our relative error is:abs erroractual value=4π3(6378.137)2∣6356.752−6378.137∣4π3(6378.137)2(6356.752)=∣6356.752−6378.137∣6356.752=6378.1376356.752−1≈ 0.00336\begin{aligned} &\dfrac{4}{3}\pi\left(6378.137\right)^3 \\ \text{So, our absolute error is:} \\ &\left|\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right) - \dfrac{4}{3}\pi\left(6378.137\right)^3 \right|\\ =&\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\big|6356.752 - 6378.137\big|\\ =&\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2(21.385)\\ \approx&~3.64 \times 10^{9}~\mathrm{km}^3 \\ \text{And our relative error is:} \\ \frac{\text{abs error}}{\text{actual value}}&=\frac{\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\big|6356.752 - 6378.137\big|}{\frac{4\pi}{3}\left(6378.137\right)^2\left(6356.752\right)}\\ &=\frac{\big|6356.752 - 6378.137\big|}{6356.752}\\ &=\frac{6378.137}{6356.752}-1\\ &\approx ~0.00336 \end{aligned}

That is, about 0.336%0.336\%, or about one-third of one percent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 2번
# 입체도형의 부피활용도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
82.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)
83.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

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84.Active Calculus · 6.2절 · 8번우리말 번역

곡선 y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2, y=12x2y=\frac{1}{2}x^2, 그리고 x=0x = 0 으로 유계인 유한한 영역 RR 을 생각하세요.

(a) 두 곡선으로 둘러싸인 영역의 넓이를 값으로 갖는 정적분을 구하세요. (b) 영역 RR 을 직선 y=−1y = -1 을 축으로 회전시켜 만든 회전체의 부피를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요. (c) 영역 RR 을 yy축을 축으로 회전시켜 만든 회전체의 부피를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요. (d) 영역 RR 의 둘레를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요.

영어 원문 보기

Consider the finite region RR that is bounded by the curves y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2, y=12x2y=\frac{1}{2}x^2, and x=0x = 0.

(a) Determine a definite integral whose value is the area of the region enclosed by the two curves. (b) Find an expression involving one or more definite integrals whose value is the volume of the solid of revolution generated by revolving the region RR about the line y=−1y = -1. (c) Determine an expression involving one or more definite integrals whose value is the volume of the solid of revolution generated by revolving the region RR about the yy-axis. (d) Find an expression involving one or more definite integrals whose value is the perimeter of the region RR.

정답·풀이 보기

(a) 이 그림은 제1사분면에 있는 영역 R 을 보여 준다. 이 영역은 곡선 g(x) = 1+ frac 1 2 (x-2) 2 와 f(x)= frac 1 2 x 2, 그리고 세로축 x = 0 으로 유계이다. 함수 g 가 위쪽을 이룬다. 영역의 모양은 위의 그림과 같다. 두 곡선의 교점은 1+12(x−2)2=12x2 ,1+\frac{1}{2}(x-2)^2 = \frac{1}{2}x^2\,, 일 때 생기므로 2+(x−2)2=x22+(x-2)^2 = x^2 이고, 이로부터 2+(x2−4x+4)=x22+(x^2-4x+4) = x^2 이므로 4x=64x=6 에서 x=32x = \frac{3}{2} 이다. 구간 [0,32]\left[0, \frac{3}{2} \right] 에서 g(x)=1+12(x−2)2≥12x2=f(x)g(x) = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 \ge \frac{1}{2}x^2 = f(x) 이므로, 두 곡선 사이 영역의 넓이는 A==∫01.51+12(x−2)2−12x2 dx=∫01.51+12(x2−4x+4)−12x2 dx=∫01.53−2x dx=(3x−x2)∣01.5=4.5−2.25=2.25 .\begin{aligned}A = &= \int_0^{1.5} 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 - \frac{1}{2}x^2 \ dx \\ &= \int_0^{1.5} 1+\frac{1}{2}(x^2-4x+4) - \frac{1}{2}x^2 \ dx \\ &= \int_0^{1.5} 3-2x \ dx \\ &= \left(3x-x^2\right)\biggm|_{0}^{1.5} \\ &= 4.5-2.25 \\ &= 2.25\end{aligned}\,. (b) (위의 그림을 바탕으로 영역 RR 을 y=−1y = -1 을 축으로 회전시킨 회전체의 그림을 직접 그려 보아야 한다.) 두께가 △x\triangle x 인 수직 단면으로 자르면 단면은 워셔(속이 빈 원판) 모양이 된다. y=−1y = -1 을 축으로 회전시키므로 바깥쪽 반지름은 R(x)=2+12(x−2)2R(x) = 2+\frac{1}{2}(x-2)^2 이고, 안쪽 반지름은 1+12x21+\frac{1}{2}x^2 이다. 따라서 두께가 △x\triangle x 인 대표적인 조각의 부피는 V조각≈π(R(x)2−r(x)2)△x=π[(2+12(x−2)2)2−(1+12x2)2]△x .V_{\text{조각}} \approx \pi \left( R(x)^2 - r(x)^2 \right) \triangle x = \pi\left[\left(2+\frac{1}{2}(x-2)^2\right)^2 - \left(1+\frac{1}{2}x^2\right)^2 \right] \triangle x\,. 로 주어진다. 그러므로 영역 RR 을 직선 y=−1y=-1 을 축으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피는 V=∫01.5π[(2+12(x−2)2)2−(1+12x2)2] dx=31532πV = \int_0^{1.5} \pi\left[\left(2+\frac{1}{2}(x-2)^2\right)^2 - \left(1+\frac{1}{2}x^2\right)^2 \right] \ dx = \frac{315}{32} \pi 이다. (c) (영역 RR 을 yy축을 축으로 회전시킨 회전체의 그림을 직접 그려 보아야 한다.) 수평으로 자르면 단면은 두께가 △y\triangle y 인 원기둥 모양(원판)이 된다. yy 가 f(32)=98=1.125f\left(\frac{3}{2}\right) = \frac{9}{8} = 1.125 를 지나면서 원판의 반지름이 달라지므로 전체 부피를 구하려면 서로 다른 두 정적분이 필요하다. 수평으로 자르므로 yy 에 대해 적분하게 되고, 따라서 두 방정식을 모두 yy 의 함수로서 xx 에 대해 풀어야 한다. y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 에서 2(y−1)=(x−2)22(y-1) = (x-2)^2 이므로 x−2=±2(y−1)x-2 = \pm \sqrt{2(y-1)} 이고 따라서 x=2±2(y−1)x = 2 \pm \sqrt{2(y-1)} 이며, 마찬가지로 y=12x2y = \frac{1}{2}x^2 에서 x=±2yx = \pm \sqrt{2y} 이다. 곡선 y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 중에서 경계 하나를 이루는 부분은 포물선의 왼쪽 부분이므로 x=2−2(y−1)x = 2 - \sqrt{2(y-1)} 이고, 곡선 y=12x2y = \frac{1}{2}x^2 중에서 다른 경계를 이루는 부분은 포물선의 오른쪽 부분이므로 x=2yx = \sqrt{2y} 이다. 이 두 곡선이 원판의 반지름을 정하며(y<1.125y < 1.125 일 때는 하나, y>1.125y > 1.125 일 때는 다른 하나), 영역의 가장 낮은 점은 (0,0)(0,0) 이고 가장 높은 점은 (0,3)(0,3) 이다. 따라서 영역 RR 을 yy축을 축으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피를 나타내는 적분의 합은 V=∫01.125π(2y)2 dy+∫1.1253π(2−2(y−1))2 dy≈7.06858347V = \int_{0}^{1.125} \pi \left(\sqrt{2y}\right)^2 \ dy + \int_{1.125}^3 \pi \left(2 - \sqrt{2(y-1)}\right)^2 \ dy \approx 7.06858347 이다. (d) 구간 [a,b][a,b] 에서 함수 ff 로 정의된 곡선의 길이는 ∫ab1+(f′(x))2 dx .\int_a^b \sqrt{1+(f'(x))^2} \ dx\,. 로 주어짐을 기억하자. 영역 RR 의 둘레를 구하려면 구간 [0,1.5][0,1.5] 에서 y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 (이때 y′=x−2y' = x-2) 과 y=12x2y=\frac{1}{2}x^2 (이때 y′=xy' = x) 로 정의된 곡선의 길이와, yy 가 00 에서 33 까지 변할 때 x=0x=0 을 따라 놓인 선분의 길이를 계산한다. 이 마지막 길이는 33 이므로 영역 RR 의 둘레는 P=3+∫01.51+(x−2)2+1+x2 dx≈7.387234642 .P = 3 + \int_0^{1.5} \sqrt{1+(x-2)^2} + \sqrt{1+x^2} \ dx \approx 7.387234642\,. 로 주어진다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) This image shows the region R in the first quadrant that is bounded by the curves g(x) = 1+ frac 1 2 (x-2) 2 and f(x)= frac 1 2 x 2, along with the vertical axis, x = 0. The function g bounds the top A picture of the region is shown in the figure above. The point of intersection occurs when 1+12(x−2)2=12x2 ,1+\frac{1}{2}(x-2)^2 = \frac{1}{2}x^2\,, so 2+(x−2)2=x22+(x-2)^2 = x^2, which implies 2+(x2−4x+4)=x22+(x^2-4x+4) = x^2 and thus 4x=64x=6 so x=32x = \frac{3}{2}. Since g(x)=1+12(x−2)2≥12x2=f(x)g(x) = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 \ge \frac{1}{2}x^2 = f(x) on the interval [0,32]\left[0, \frac{3}{2} \right], the area of the region between the two curves is A==∫01.51+12(x−2)2−12x2 dx=∫01.51+12(x2−4x+4)−12x2 dx=∫01.53−2x dx=(3x−x2)∣01.5=4.5−2.25=2.25 .\begin{aligned}A = &= \int_0^{1.5} 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 - \frac{1}{2}x^2 \ dx \\ &= \int_0^{1.5} 1+\frac{1}{2}(x^2-4x+4) - \frac{1}{2}x^2 \ dx \\ &= \int_0^{1.5} 3-2x \ dx \\ &= \left(3x-x^2\right)\biggm|_{0}^{1.5} \\ &= 4.5-2.25 \\ &= 2.25\end{aligned}\,. (b) (You should draw a picture of the solid, based on the figure above, with the region RR revolved about y=−1y = -1.) We slice vertically so that our cross sections are washers with thickness △x\triangle x. Because we are revolving about y=−1y = -1, the outer radius is R(x)=2+12(x−2)2R(x) = 2+\frac{1}{2}(x-2)^2, while the inner radius is 1+12x21+\frac{1}{2}x^2. Hence the volume of a typical slice, which has thickness △x\triangle x is given by Vslice≈π(R(x)2−r(x)2)△x=π[(2+12(x−2)2)2−(1+12x2)2]△x .V_{\text{slice}} \approx \pi \left( R(x)^2 - r(x)^2 \right) \triangle x = \pi\left[\left(2+\frac{1}{2}(x-2)^2\right)^2 - \left(1+\frac{1}{2}x^2\right)^2 \right] \triangle x\,. Hence, the volume of the solid obtained by revolving the region RR around the line y=−1y=-1 is given by V=∫01.5π[(2+12(x−2)2)2−(1+12x2)2] dx=31532πV = \int_0^{1.5} \pi\left[\left(2+\frac{1}{2}(x-2)^2\right)^2 - \left(1+\frac{1}{2}x^2\right)^2 \right] \ dx = \frac{315}{32} \pi (c) (Draw a picture of the solid, based on revolving the region RR about the yy-axis.) We slice horizontally and thus the resulting cross sections are cylinders with thickness △y\triangle y. The radius of the disks changes as yy passes through f(32)=98=1.125f\left(\frac{3}{2}\right) = \frac{9}{8} = 1.125, so we need two different integrals to find the total volume. Since we are slicing horizontally, we will integrate with respect to yy, so we need to solve both of our equations for xx as functions of yy. Observe that y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 implies 2(y−1)=(x−2)22(y-1) = (x-2)^2, so x−2=±2(y−1)x-2 = \pm \sqrt{2(y-1)} and thus x=2±2(y−1)x = 2 \pm \sqrt{2(y-1)}, and similarly y=12x2y = \frac{1}{2}x^2 implies x=±2yx = \pm \sqrt{2y}. The portion of the curve defined by y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 that determines one of the boundaries is the left hand portion of the parabola, so x=2−2(y−1)x = 2 - \sqrt{2(y-1)}, while the portion of the curve y=12x2y = \frac{1}{2}x^2 that determines the other boundary is the right hand portion of the parabola, so x=2yx = \sqrt{2y}. These two curves define the radius of the disk (one for y<1.125y < 1.125, the other for y>1.125y > 1.125) and the lowest point on the region is (0,0)(0,0) while the highest is (0,3)(0,3). So a sum of integrals that represents the volume of the solid obtained by revolving the region RR around the yy-axis is V=∫01.125π(2y)2 dy+∫1.1253π(2−2(y−1))2 dy≈7.06858347V = \int_{0}^{1.125} \pi \left(\sqrt{2y}\right)^2 \ dy + \int_{1.125}^3 \pi \left(2 - \sqrt{2(y-1)}\right)^2 \ dy \approx 7.06858347 (d) Recall that the length of a curve defined by a function ff on an interval [a,b][a,b] is given by ∫ab1+(f′(x))2 dx .\int_a^b \sqrt{1+(f'(x))^2} \ dx\,. To find the perimeter of the region RR we calculate the length of the curves defined by y=1+12(x−2)2y = 1+\frac{1}{2}(x-2)^2 (for which y′=x−2y' = x-2) and y=12x2y=\frac{1}{2}x^2 (for which y′=xy' = x) on the interval [0,1.5][0,1.5] and the length of the segment along x=0x=0 as yy goes from 00 to 33. This last length is 33, so the perimeter of the region RR is given by P=3+∫01.51+(x−2)2+1+x2 dx≈7.387234642 .P = 3 + \int_0^{1.5} \sqrt{1+(x-2)^2} + \sqrt{1+x^2} \ dx \approx 7.387234642\,.

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