Wyklad-10-AM1, Analiza matematyczna, Analiza matematyczna, Wykłady


WYKŁAD - 10

ZASTOSOWANIA GEOM. CAŁEK OZNACZONYCH:

  • POLA OBSZARÓW PŁASKICH

  • DŁUGOŚĆ ŁUKU KRZYWEJ

  • ZASADA CAVALIERIEGO

  • OBJĘTOŚĆ BRYŁY OBROTOWEJ

  • POLE POWIERZCHNI BRYŁY OBROTOWEJ

Załóżmy że mamy f(x): [a, b]0x01 graphic

Definicja

0x01 graphic
nazywamy polem figury płaskiej określonej

w układzie prostokątnym kartezjańskim OXY

przez nierówności: 0x01 graphic

0x08 graphic

y

0x08 graphic
0x08 graphic
y=f(x)

0x08 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic
0 a b x

Przykład

Obliczyć pole figury ograniczonej:

Ponieważ funkcja 0x01 graphic
jest funkcją ciągłą w przedziale [0,1], więc istnieje 0x01 graphic

i równa się obliczanemu polu.

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

y=x0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
n=5

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0 0x01 graphic
1 x

Oczywiście 0x01 graphic

Przykład

Obliczyć pole S figury płaskiej ograniczonej łukiem sinusoidy

y=sinx dla x [0, π]

0x01 graphic

0x08 graphic
Y

0x08 graphic
0x08 graphic
1

S=2 y=sinx

0x08 graphic

0 0x01 graphic
X

Definicja

Jeżeli funkcja:f(x): [a,b] 0x01 graphic

to pole figury F określonej w prostokątnym, kartezjańskim układzie 0XY przez nierówności:

0x01 graphic

określamy jako:

0x01 graphic
czyli 0x01 graphic

0x08 graphic
y

a b

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0 x

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic
0x08 graphic

y=f(x)

Podsumujmy zatem oba przypadki.

Pole pod krzywą f(x) (nad krzywą f(x) ) w [a,b]

0x01 graphic

Założenie:

Niech λ będzie obszarem zawartym między krzywymi

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
y=f(x)

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
y=g(x)

0x08 graphic

0 a b x

Wówczas pole obszaru 0x01 graphic
równa się 0x01 graphic

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
y=g(x)

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

y=f(x)

0x08 graphic
0 a 0x01 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic
b x

0x01 graphic

Przykład

Obliczyć pole S

0x08 graphic
0x08 graphic
y

0x08 graphic
1

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
y=x y=x0x01 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0 1 x

0x01 graphic

Przykład

Obliczyć pole obszaru ograniczonego wykresami funkcji: 0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
A B 0x01 graphic

0x08 graphic

-1 0 1 x

0x01 graphic
, 0x01 graphic

Są to punty: 0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Założenia:

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic
y=f(x)

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0 a 0x01 graphic
0x01 graphic
...0x01 graphic
0x01 graphic
.... b x

Obliczamy długość łuku krzywej L wyciętej z wykresu funkcji y=f(x) przez proste x=a i x=b.

Niech a0 = x0 < x1 < ... < xn =b będzie podziałem Δn odcina [a, b]

Przybliżamy ten łuk przez sumę odcinków o postaci:

[(xi, f(xi)), (xi+1, f(xi+1)]

0x08 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
(x0x01 graphic

0x08 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

Suma długości tych odcinków jest równa:

0x01 graphic

Ponieważ f '(x), istnieje na [a, b], więc możemy użyć

twierdzenia o przyrostach:

f(xi+1) - f(xi) = f ' (ci) (xi+1-xi)

dla i = 0,1,..., n-1 gdzie ci (xi, xi+1).

Mamy więc:

0x01 graphic
=

=0x01 graphic

Z ciągłości f'(x) na [a, b] wynika, że:

Jeżeli: |max(xi - xi-1) | 0

To: L (0x01 graphic
) l = 0x01 graphic
dx

Graniczną wartość l przyjmiemy za długość łuku krzywej.

Długość łuku krzywej f(x) w przedziale [a,b]

0x01 graphic

Przykład

Obliczyć długość łuku krzywej f(x) = x2/3 na przedziale [1,2].

0x01 graphic

Zamiana zmiennych: 0x01 graphic
0x01 graphic

L=0x01 graphic

Przykład

Obliczyć długość łuku krzywej

0x01 graphic
dla 0x01 graphic

Długość łuku krzywej będącej wykresem funkcji y=f(x) w przedziale [a,b] wyraża się wzorem:

0x01 graphic

0x01 graphic

10x01 graphic

0x01 graphic

Obliczanie objętości bryły na podstawie pól wszystkich przekrojów bryły dokonanych przez pewną rodzinę płaszczyzn równoległych.

W najprostszym przypadku:

0x08 graphic
S(c)

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0 a c b x

Za pomocą całki możemy aproksymować obszar λ:

dla podziału 0x01 graphic
: a = x0 < x1 < ... < xn = b przedziału

[a, b].

Rozważymy walce postaci: S(ci)

0x08 graphic
S(c0x01 graphic
)

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

gdzie 0x01 graphic
oraz i=0,1,...,n-1.

Łączna objętość tych cylindrów wynosi:

0x01 graphic

Funkcja S(x) jest ciągła na [a,b], więc:

gdy 0x01 graphic
to 0x01 graphic

Otrzymaliśmy:

ZASADA CAVALIERIEGO

Objętość obszaru 0x01 graphic

Przykład

Obliczyć objętość kuli 0x01 graphic
o promieniu R

Umieszczamy środek układu współrzędnych x,y,z

w środku kuli 0x01 graphic
:

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
c

0x08 graphic
R x

0x08 graphic
0x08 graphic

z

Dla 0x01 graphic
mamy:

0x01 graphic

S(c) jest funkcją ciągłą na [-R,R], stąd

0x01 graphic

f(x) - funkcja ciągła [a, b], f(x)>0 dla 0x01 graphic

0x08 graphic

y

0x08 graphic
0x08 graphic
y=f(x)

0x08 graphic

0x08 graphic
0 a b x

Łuk krzywej, odpowiadający wykresowi funkcji f(x) nad [a, b], obracamy wokół osi x, otrzymując bryłę obrotową λ.

0x08 graphic
c

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
y=f(x)

0x08 graphic
a b

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
A b

0x08 graphic
0x08 graphic

Wykorzystamy zasadę Cavalieriego dla obliczenia objętości bryły λ. Dla c [a, b], mamy: S(c) = π (f(c))2

Objętość bryły obrotowej

0x01 graphic

0x01 graphic
- podział odcinka [a,b]

a = x0 < x1 < ... < xn = b

fragment λ odpowiada przedziałowi [xi,xi+1].

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
y=f(x)

0x08 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

Długość łuku krzywej y = f(x) nad [xi, xi+1] wyrazimy (na mocy twierdzenia o średniej) przez:

S = 0x01 graphic
(xi+1 - xi)

gdzie ci (xi, xi+1).

Pole powierzchni bocznej stożka ściętego dla przedziału [xi, xi+1] jest równe (w przybliżeniu, gdy zastąpimy go walcem o wysokości s):

2π f(ci) 0x01 graphic
(xi+1 - xi).

Gdy | max(xi - xi-1) | 0, to:

suma pól powierzchni bocznych walców odpowiadających 0x01 graphic
jest równa:

B(max(xi - xi-1)) B = 2π0x01 graphic
0x01 graphic
dx.

Pole powierzchni bocznej bryły obrotowej

0x01 graphic

Przykład

Obliczyć objętość i pole powierzchni bocznej kuli o promieniu 1, traktując ją jako bryłę obrotową powstałą w rezultacie obrotu wykresu funkcji 0x01 graphic
wokół osi OX.

Objętość kuli: 0x01 graphic

Pole powierzchni kuli:

0x01 graphic
=

0x01 graphic
0x01 graphic
=0x01 graphic

Przykład

Obliczyć objętość bryły ograniczonej powierzchnią powstałą z obrotu dookoła osi OX figury ograniczonej liniami:

0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic
y

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
A 0x01 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic
B

-3 0 1 2 x

Wykresy funkcji 0x01 graphic
,0x01 graphic
przecinają się w punktach: 0x01 graphic
0x01 graphic

V0x01 graphic
- objętość bryły ograniczonej powierzchnią powstałą z obrotu krzywej 0x01 graphic
dla 0x01 graphic
,

V0x01 graphic
- objętość bryły ograniczonej powierzchnią powstałą z obrotu krzywej 0x01 graphic
dla 0x01 graphic
,

Objętość V powstałej bryły wynosi:

0x01 graphic

PJWSTK

Analiza Matematyczna1

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyklad-02-AM1, Analiza matematyczna, Analiza matematyczna, Wykłady
Wyklad-07-08-AM1, Analiza matematyczna, Analiza matematyczna, Wykłady
Wyklad-04-AM1, Analiza matematyczna, Analiza matematyczna, Wykłady
Wyklad-09-AM1, Analiza matematyczna, Analiza matematyczna, Wykłady
02 01 11 12 01 10 e notatka analiza matematyczna I egzamin
Metodologia z elelmentami statystyki dr Izabela Krejtz wyklad 10 Dwuczynnikowa analiza wari
02 01 11 12 01 10 e notatka analiza matematyczna I egzamin
GIge zal 10 Wykr analiz sitowych gruntu
10 14 Analiza FOR Konstytucyjne konsekwencje zmian w ofe
Zabawa dydaktyczna w Cyfrolandii wprowadzenie liczby 10, scenariusze, edukacja matematyczna
Zadania tekstowe 10, dla dzieci, matematyczne
2009 10 Akwizycja i analiza pamięci
6 10 Przykladowy arkusz 9 Matemat (2)
10 2 DC Analiza dyskryminacyjnaid 11278
6 10 Przykladowy arkusz 7 Matemat (2)
Liczenie do 10- oś liczbowa, Matematyka(1)

więcej podobnych podstron