단면을 이용한 방법을 이용하여 구의 부피 공식을 유도하세요.
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Derive the formula for the volume of a sphere using the slicing method.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 13번문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법
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.
18문제 · 1 / 1쪽
단면을 이용한 방법을 이용하여 구의 부피 공식을 유도하세요.
Derive the formula for the volume of a sphere using the slicing method.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 13번단면을 이용한 방법을 이용하여 원뿔의 부피 공식을 유도하세요.
Use the slicing method to derive the formula for the volume of a cone.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.2절 · 54번단면 자르기 방법을 이용하여 한 변의 길이가 인 정사면체의 부피 공식을 유도하세요.
Use the slicing method to derive the formula for the volume of a tetrahedron with side length
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 2번원판 방법을 이용하여 사다리꼴 기둥의 부피 공식을 유도하세요.
Use the disk method to derive the formula for the volume of a trapezoidal cylinder.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.2절 · 24번타원 을 y축을 중심으로 회전시켜 미식축구공의 부피를 어림하세요.
Rotate the ellipse around the y-axis to approximate the volume of a football.
연습문제 13–18번에서 데카르트 평면의 한 영역이 주어져 있습니다. 디스크/와셔 방법을 이용하여, 이 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피를 구하세요.
다음으로 유계인 영역: , , .
회전축:
(a) 축 (b)
(a) 축 (b)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
Region bounded by: , and .
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a) the -axis (b)
연습문제 13–18번에서 데카르트 평면의 한 영역이 주어져 있습니다. 디스크/와셔 방법을 이용하여, 이 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피를 구하세요.
다음 두 곡선으로 유계인(둘러싸인) 영역: , .
회전축:
(a) 축 (b)
(a) (b)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
Region bounded by: and .
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a) (b)
연습문제 13–18에서는 좌표평면 위의 영역이 주어진다. 원판/와셔 방법을 이용하여, 그 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 회전체의 부피를 구하세요.
꼭짓점이 , , 인 삼각형.
회전축:
(a) 축 (b)
(a) 축 (b)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
The triangle with vertices , and .
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a) the -axis (b)
연습문제 13–18에서는 좌표평면 위의 영역이 주어진다. 원판/와셔 방법을 이용하여, 그 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 회전체의 부피를 구하세요.
와 로 유계인 영역.
회전축:
(a) 축 (b)
(a)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
Region bounded by and .
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a)
연습문제 13–18에서는 좌표평면 위의 영역이 주어진다. 원판/와셔 방법을 이용하여, 그 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 회전체의 부피를 구하세요.
, , 및 축으로 유계인 영역.
회전축:
(a) 축 (b)
(a)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
Region bounded by , , and the -axis.
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a)
연습문제 13–18에서는 좌표평면 위의 영역이 주어진다. 원판/와셔 방법을 이용하여, 그 영역을 주어진 각 축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 회전체의 부피를 구하세요.
, , 로 유계인 영역.
회전축:
(a) 축 (b)
(a) 축 (b)
In Exercises 13–18, a region of the Cartesian plane is described. Use the Disk/Washer Method to find the volume of the solid of revolution formed by rotating the region about each of the given axes.
Region bounded by , and .
Rotate about:
(a) the -axis (b)
(a) the -axis (b)
다음 양을 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.
(a) 곡선 과 으로 유계된 유한한 평면 영역을 직선 을 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피. (b) 곡선 과 직선 으로 유계된 유한한 평면 영역을 직선 를 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피.
Write down definite integrals that represent the following quantities. Do not evaluate the integrals explicitly.
(a) The volume of the solid obtained by rotating the finite plane region bounded by the curves and about the line . (b) The volume of the solid obtained by rotating the finite plane region bounded by the curve and the line about the line .
(a) 두 곡선은 과 에서 만난다. 그림

과 같은 띠를 직선 을 축으로 회전시키면 다음과 같은 얇은 와셔(구멍 뚫린 원판)가 만들어진다.
그러므로 입체의 부피는 다음과 같다.
(b) 곡선 은 과 , 에서 만난다.

가로 방향 와셔를 이용한다.
위 그림처럼 높이가 인 얇은 가로 띠를 이용한다.
직선 를 축으로 회전시키면 각 띠는 얇은 와셔를 만든다.
안쪽 반지름은 이고,
바깥쪽 반지름은 이며,
두께는 이므로
부피는 이다.
가장 위쪽 띠는 에 있고 가장 아래쪽 띠는 ( 일 때) 에 있으므로, 전체 부피는 다음과 같다.
(a) The curves intersect at and . When the strip shown in the figure

is rotated about the line , it forms a thin washer with:
So the volume of the solid is
(b) The curve intersects at and .

We'll use horizontal washers.
We use thin horizontal strips of height as in the figure above.
When we rotate about the line , each strip sweeps out a thin washer
whose inner radius is , and
whose outer radius is and
whose thickness is and hence
whose volume is
As our topmost strip is at and our bottommost strip is at (when ), the total volume is
곡선 과 사이의 영역을 직선 을 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피를 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.
Write down a definite integral that represents the volume of the solid obtained by rotating around the line the region between the curves and . Do not evaluate the integrals explicitly.
두 곡선은 와 에서 만난다. 그림

과 같은 띠를 직선 을 축으로 회전시키면 다음과 같은 얇은 와셔(구멍 뚫린 원판)가 만들어진다.
그러므로 입체의 부피는 다음과 같다.
The curves intersect at and . When the strip shown in the figure

is rotated about the line , it forms a thin washer (punctured disc) of
So the volume of the solid is
와 에 의해 유계인 유한한 영역을 축을 중심으로 회전시켜 생기는 입체의 부피를 구하세요.
Find the volume of the solid generated by rotating the finite region bounded by and about the –axis.
곡선 와 , 즉 는 다음과 같을 때 만난다.

이 영역을 축을 중심으로 회전시키면, 위 그림의 수직 띠는 두께가 이고 바깥쪽 반지름이 , 안쪽 반지름이 인 와셔(워셔) 모양을 만든다. 이 와셔의 부피는
이다. 따라서 입체의 부피는
이다.
The curves and , i.e. intersect when
enterline

When the region is rotated about the –axis, the vertical strip in the figure above sweeps out a washer with thickness , outer radius and inner radius . This washer has volume
Hence the volume of the solid is
을 원 의 내부 영역이라 하자. 를 을 축을 중심으로 회전시켜 얻은 입체라 하자.
(a) 의 부피를 나타내는 적분을 쓰세요. (b) (a)에서 쓴 적분의 값을 구하세요.
Let be the region inside the circle . Let be the solid obtained by rotating about the -axis.
(a) Write down an integral representing the volume of . (b) Evaluate the integral you wrote down in part (a).
(a) 원의 위쪽 부분과 아래쪽 부분의 방정식은 각각 와 이다.

을 축을 중심으로 회전시키면, 위 그림에서 의 세로 띠는 두께가 이고 바깥쪽 반지름이 , 안쪽 반지름이 인 와셔(가운데가 뚫린 원판) 모양을 만든다. 이 와셔의 부피는
이다.
따라서 입체의 부피는
이다.
(b) 은 , 과 같으므로, 이 적분은 원 의 위쪽 반원의 넓이의 배이다. 따라서 적분의 값은 이다.
(a) The top and the bottom of the circle have equations and , respectively.
enterline

When is rotated about the –axis, the vertical strip of in the figure above sweeps out a washer with thickness , outer radius and inner radius . This washer has volume
Hence the volume of the solid is
(b) Since is equivalent to , , the integral is times the area of the upper half of the circle and hence is .
곡선 와 으로 둘러싸인 유한한 영역을 직선 을 축으로 하여 회전시킨다. 수직 조각(원판 또는 와셔)을 이용하여 이때 생기는 회전체의 부피를 구하세요.
The finite region between the curves and is rotated about the line . Using vertical slices (disks and/or washers), find the volume of the resulting solid.
다음은 곡선 와 의 그래프이다.

살펴보면 두 곡선은 에서 만나며, 이때 와 은 모두 값이 0이다. 문제에서 지정한 대로 수직 와셔를 사용한다.
위 그림과 같이 주어진 영역을 너비가 인 얇은 수직 띠로 자른다.
직선 을 축으로 회전시키면, 각 띠는 얇은 와셔를 만든다.
이 와셔의 안쪽 반지름은 이고 바깥쪽 반지름은 이며,
두께는 이고, 따라서
부피는 이다.
가장 왼쪽 띠는 에 있고 가장 오른쪽 띠는 에 있으므로,
전체 부피는 다음과 같다.
피적분함수가 우함수이고 적분 구간 가 대칭이라는 사실을 이용했지만, 직접 계산할 수도 있다.
Here is a sketch of the curves and .

By inspection, the curves meet at where both and take the value zero. We'll use vertical washers as specified in the question.
We cut the specified region into thin vertical strips of width as in the figure above.
When we rotate about the line , each strip sweeps out a thin washer
whose inner radius is and outer radius is , and
whose thickness is and hence
whose volume .
As our leftmost strip is at and our rightmost strip is at ,
the total volume is
We used the fact that the integrand is an even function and the interval of integration is symmetric, but one can also compute directly.
지구의 모양은 구가 아니라 납작한 회전타원체로 어림되는 경우가 많습니다. 납작한 회전타원체는 타원을 단축(가장 짧은 지름)을 축으로 회전시켜 만든 도형입니다.
(a) 타원 의 위쪽(양의) 절반을 축을 중심으로 회전시켜 얻은 납작한 회전타원체의 부피를 구하세요. 단, 와 는 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 의 위쪽 절반을 축을 중심으로 회전시켜 얻은 납작한 회전타원체로 모형화하면, 와 는 각각 얼마인지 구하세요. (c) 이 지구 모형의 부피를 구하세요. (계산기를 사용하세요.) (d) 지구를 반지름이 km 인 구로 모형화하여 부피를 계산했다고 합시다. 납작한 회전타원체로 계산한 값과 비교할 때 절대오차와 상대오차는 각각 얼마인지 구하세요.
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 about the -axis, where and are positive constants with . (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 about the -axis, what are and ? (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 km. What would our absolute and relative errors be, compared to our oblate spheroid calculation?
(a)
먼저 타원 의 위쪽 절반의 그래프를 그린다. 절편만 알아도 대략적인 모양을 알 수 있다: 와 :

처음에 몇 가지를 짚어 두자. 첫째, 이므로 이고, 따라서 축이 단축이다. 즉, 납작한 회전타원체를 만들기 위해 알맞은 축을 중심으로 회전시키고 있다.
둘째, 방정식을 에 대해 풀면 이다. (타원의 위쪽 절반만 필요하므로 양의 제곱근만 생각하면 된다.)
이제 표준적인 회전체의 부피 문제이다. 너비가 이고 높이가 인 세로 조각으로 나눈다. 이 조각들을 축을 중심으로 회전시키면 부피가 인 얇은 원판이 된다. 는 에서 까지 변하므로, 납작한 회전타원체의 부피는 다음과 같다:
(b) (a)의 그래프에서 보았듯이 타원의 가장 짧은 반지름은 이고 가장 긴 반지름은 이다. 따라서 이고 이다. 즉, 이고 이다.
(a)에서 주어진 대로 임에 유의한다.
(c) (a)와 (b)의 답을 결합하면, 지구와 거의 같은 크기의 납작한 회전타원체의 부피는 다음과 같다:
(d) 반지름이 6378.137 인 구의 부피는
즉, 약 로, 1퍼센트의 약 3분의 1이다.
(a)
We'll want to start by graphing the upper half of the ellipse . Its intercepts will be enough to get us an idea: and :

We note a few things at the outset: first, since , then , so indeed the -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 , we get . (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 and height . When we rotate these slices about the -axis, they form thin disks of volume . Since runs from to , the volume of our oblate spheroid is:
(b) As we saw in the sketch from part (a), the shortest radius of the ellipse is , while the largest is . So, , and . That is, and .
Note , 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:
(d) A sphere of radius 6378.137 has volume
That is, about , or about one-third of one percent.
곡선 , , 그리고 으로 유계인 유한한 영역 을 생각하세요.
(a) 두 곡선으로 둘러싸인 영역의 넓이를 값으로 갖는 정적분을 구하세요. (b) 영역 을 직선 을 축으로 회전시켜 만든 회전체의 부피를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요. (c) 영역 을 축을 축으로 회전시켜 만든 회전체의 부피를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요. (d) 영역 의 둘레를 값으로 갖는, 하나 이상의 정적분을 포함한 식을 구하세요.
Consider the finite region that is bounded by the curves , , and .
(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 about the line . (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 about the -axis. (d) Find an expression involving one or more definite integrals whose value is the perimeter of the region .
(a)
영역의 모양은 위의 그림과 같다. 두 곡선의 교점은
일 때 생기므로 이고, 이로부터 이므로 에서 이다. 구간 에서 이므로, 두 곡선 사이 영역의 넓이는
(b) (위의 그림을 바탕으로 영역 을 을 축으로 회전시킨 회전체의 그림을 직접 그려 보아야 한다.) 두께가 인 수직 단면으로 자르면 단면은 워셔(속이 빈 원판) 모양이 된다. 을 축으로 회전시키므로 바깥쪽 반지름은 이고, 안쪽 반지름은 이다. 따라서 두께가 인 대표적인 조각의 부피는
로 주어진다. 그러므로 영역 을 직선 을 축으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피는
이다.
(c) (영역 을 축을 축으로 회전시킨 회전체의 그림을 직접 그려 보아야 한다.) 수평으로 자르면 단면은 두께가 인 원기둥 모양(원판)이 된다. 가 를 지나면서 원판의 반지름이 달라지므로 전체 부피를 구하려면 서로 다른 두 정적분이 필요하다. 수평으로 자르므로 에 대해 적분하게 되고, 따라서 두 방정식을 모두 의 함수로서 에 대해 풀어야 한다. 에서 이므로 이고 따라서 이며, 마찬가지로 에서 이다. 곡선 중에서 경계 하나를 이루는 부분은 포물선의 왼쪽 부분이므로 이고, 곡선 중에서 다른 경계를 이루는 부분은 포물선의 오른쪽 부분이므로 이다. 이 두 곡선이 원판의 반지름을 정하며( 일 때는 하나, 일 때는 다른 하나), 영역의 가장 낮은 점은 이고 가장 높은 점은 이다. 따라서 영역 을 축을 축으로 회전시켜 얻은 회전체의 부피를 나타내는 적분의 합은
이다.
(d) 구간 에서 함수 로 정의된 곡선의 길이는
로 주어짐을 기억하자. 영역 의 둘레를 구하려면 구간 에서 (이때 ) 과 (이때 ) 로 정의된 곡선의 길이와, 가 에서 까지 변할 때 을 따라 놓인 선분의 길이를 계산한다. 이 마지막 길이는 이므로 영역 의 둘레는
로 주어진다.
(a)
A picture of the region is shown in the figure above. The point of intersection occurs when
so , which implies and thus so . Since on the interval , the area of the region between the two curves is
(b) (You should draw a picture of the solid, based on the figure above, with the region revolved about .) We slice vertically so that our cross sections are washers with thickness . Because we are revolving about , the outer radius is , while the inner radius is . Hence the volume of a typical slice, which has thickness is given by
Hence, the volume of the solid obtained by revolving the region around the line is given by
(c) (Draw a picture of the solid, based on revolving the region about the -axis.) We slice horizontally and thus the resulting cross sections are cylinders with thickness . The radius of the disks changes as passes through , so we need two different integrals to find the total volume. Since we are slicing horizontally, we will integrate with respect to , so we need to solve both of our equations for as functions of . Observe that implies , so and thus , and similarly implies . The portion of the curve defined by that determines one of the boundaries is the left hand portion of the parabola, so , while the portion of the curve that determines the other boundary is the right hand portion of the parabola, so . These two curves define the radius of the disk (one for , the other for ) and the lowest point on the region is while the highest is . So a sum of integrals that represents the volume of the solid obtained by revolving the region around the -axis is
(d) Recall that the length of a curve defined by a function on an interval is given by
To find the perimeter of the region we calculate the length of the curves defined by (for which ) and (for which ) on the interval and the length of the segment along as goes from to . This last length is , so the perimeter of the region is given by