(8.2)James Stewart Calculus 5th Edition:Area of a Surface of Revolution


Area of a Surface of Revolution 旋轉曲面的面積

先看一下簡單物體的面積:



circular cylinder圓柱的側面表面積:
可以直觀得到:



而對應的circular cone圓錐:


我們可以得到對應的角弧度為:


最后,可以得到側面積為:



而這樣的圖像:


我們可以知道是 大圓錐 - 小圓錐:



由相似可得:



最后化簡得:

【圓錐可以理解為: 上面半徑為 0 的 組合體】

我們設 r = (r1 + r2) / 2, 可以得:



我們對比 圓柱體, 組合圓錐體
我們可以理解 對應平均半徑 的一個 帶 的面積

這個時候,如果我們切分成很多細小的部分:



對應的面積可以表示為:



上一節, 我們證明過,對應的弧線的長,有:

這個時候,面積可以表示為:



所以,對應的側面積和為:

當 n -> ∞的是i好, 由黎曼求和 可以得到



所以



對應的面積為:


萊布尼茲積分寫法為:



或者,我們按y去積分,可以寫為:


如果我們表示 ds 為:


我們分別可以表示為:



或者



例子1

我們知道是一個圓的一段弧長,圍繞x軸旋轉360度得到的表面積。



根據上面的公式
先對x求導,得到:



帶入式子,得:

例子2

這個拋物線,這段弧長,圍繞y軸旋轉得到的表面積。



先對x求導,可以得到:



帶入公式,可以得到:

我們設

可以得到:



原式可以變成(對應的范圍變化就不標注了):
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