首页 > 精选要闻 > 综合 >

绕y轴旋转体积面积公式推导

发布时间:2026-01-09 02:43:45来源:

绕y轴旋转体积面积公式推导】在微积分中,计算由曲线绕某一轴旋转所形成的立体图形的体积和表面积是一个常见的问题。本文将围绕“绕y轴旋转”的情况,总结其体积与表面积的计算公式,并通过实例进行说明。

一、体积公式的推导

当一个平面图形绕y轴旋转时,可以使用圆盘法(Disk Method)或圆筒法(Cylinder Method)来计算旋转体的体积。

1. 圆盘法(适用于已知x为函数的情况)

假设曲线 $ x = f(y) $ 在区间 $ [c, d] $ 上连续,且绕y轴旋转,形成一个立体图形。则体积公式为:

$$

V = \pi \int_{c}^{d} [f(y)]^2 \, dy

$$

该方法适用于x是y的函数的情况,即曲线用x表示为y的函数。

2. 圆筒法(适用于已知y为函数的情况)

若曲线由 $ y = f(x) $ 给出,绕y轴旋转,则体积公式为:

$$

V = 2\pi \int_{a}^{b} x \cdot f(x) \, dx

$$

此方法适用于y是x的函数的情况,即曲线用y表示为x的函数。

二、表面积公式的推导

当曲线绕y轴旋转时,其表面积可由曲面面积公式计算。

1. 曲线 $ y = f(x) $ 绕y轴旋转的表面积

若曲线由 $ y = f(x) $ 在区间 $ [a, b] $ 上定义,绕y轴旋转,则表面积公式为:

$$

A = 2\pi \int_{a}^{b} x \sqrt{1 + [f'(x)]^2} \, dx

$$

2. 曲线 $ x = g(y) $ 绕y轴旋转的表面积

若曲线由 $ x = g(y) $ 在区间 $ [c, d] $ 上定义,绕y轴旋转,则表面积公式为:

$$

A = 2\pi \int_{c}^{d} g(y) \sqrt{1 + [g'(y)]^2} \, dy

$$

三、总结表格

公式类型 已知函数形式 积分变量 体积公式 表面积公式
圆盘法 $ x = f(y) $ dy $ V = \pi \int_{c}^{d} [f(y)]^2 \, dy $ $ A = 2\pi \int_{c}^{d} f(y) \sqrt{1 + [f'(y)]^2} \, dy $
圆筒法 $ y = f(x) $ dx $ V = 2\pi \int_{a}^{b} x f(x) \, dx $ $ A = 2\pi \int_{a}^{b} x \sqrt{1 + [f'(x)]^2} \, dx $
曲线绕y轴旋转 $ y = f(x) $ dx - $ A = 2\pi \int_{a}^{b} x \sqrt{1 + [f'(x)]^2} \, dx $
曲线绕y轴旋转 $ x = g(y) $ dy - $ A = 2\pi \int_{c}^{d} g(y) \sqrt{1 + [g'(y)]^2} \, dy $

四、小结

绕y轴旋转的体积和表面积计算公式主要依赖于函数的表达形式(x为y的函数或y为x的函数)。根据不同的情况选择合适的积分方法(圆盘法或圆筒法)以及对应的表面积公式,能够有效求解相关几何问题。

以上内容结合了理论推导与实际应用,适合用于教学或自学参考。

免责声明:本答案或内容为用户上传,不代表本网观点。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。 如遇侵权请及时联系本站删除。