5 svar
198 visningar
C fatsug 15 – Fd. Medlem
Postad: 7 mar 2017 02:45

Rotationskropp kring sned axel

Området D = {(x,y) : x^2 + y^2 <= 1, x+ y >= 1} roteras ett varv kring linjen x + y = 1. Beräkna volymen av rotationskroppen.

 

Nu, jag har redan löst problemet genom att först notera att det rör sig om en cirkel med radie 1 där villkoret x + y >= 1  <> y >= 1 - x innebär att arean "ovanför" y = 1 - x skall roteras runt y = 1 - x.  Sedan löste jag den via följande steg:

1: Jag använde Pappos-Guldin;  formeln Volym = V = Area * 2 * pi * (tyngdpunktens avstånd till vridningsaxeln) 

2: Jag skrev om x^2 + y^2 = 1 <> y^2 = 1 - x^2 <-- y = sqrt(1 - x^2)

3: Nu har vi våra två kurvor y = sqrt(1 - x^2)  och y = 1 - x

4: Tog sedan fram arean mellan kurvorna genom en vanlig integral

5: Nu återstår att bestämma tyngdpunkten och tyngdpunktens vinkelräta avstånd till roteringsaxeln

6: Jag bestämde tyngdpunkten genom sambandet total moment = massa * tyngdpunkt (dvs genom en integral...) och det visade sig att x- och y-koordinaten för tyngdpunkten var ekvivalenta.

7: Nu har vi koordinaterna för tyngdpunkten. Det vinkelräta avståndet till rotationsaxeln fick jag genom att använda normalen till y = 1 -x för att få fram punkten på rotationsaxeln där tyngdpunkten "roterar runt". Sedan var det bara att använda avståndsformeln för de två punkterna för att få fram avståndet. 

8: Nu appliceras formeln för de värden vi fått fram.

 

Problemet är att det tog sammanlagt fem a4-papper med beräkningar för att komma fram till svaret; det är roligt att räkna men på en tenta vill jag helst använda en smart lösning som sparar på tid och papper. Hur skulle du lösa denna med metoder från envariabelanalysen? 

Jag fick alltså rätt svar men facit har löst den med en integral som jag inte förstår hur de tagit fram: 

pi201(1-x2-(1-x))2 dx = pi2(53-pi2)

Integranden är ju på formen pi/sqrt(2) *  (fx - gx)^2 

där (fx - gx) representerar sträckan mellan kurvorna för varje litet "del-segment". 

Facit menar alltså att dV = pi/sqrt(2) * (sträckan mellan kurvorna i kvadrat) där dV är ett litet volymsegment (vi summerar ihop alla dessa volymsegment med integralen.)

Jag förstår dock inte hur de kommer fram till detta? Förklaring till facits svar alternativt en smidig lösning uppskattas!

Smaragdalena 79015 – Lärare
Postad: 7 mar 2017 09:37

Har du ritat upp hur det ser ut?

Dr. G 9379
Postad: 7 mar 2017 09:50

Jag hade nog lagt ett nytt origo i (1/2,1/2) och nya axlar roterade 45 grader, så man slipper tänka "snett". 

C fatsug 15 – Fd. Medlem
Postad: 7 mar 2017 13:06
smaragdalena skrev :

Har du ritat upp hur det ser ut?

 Ja. Jag förstår ändå inte vilken metod som skall användas för att få fram samma integral som i facit. Integranden i facit är ju på formen pi/sqrt(2) * (avståndet mellan kurvorna i kvadrat) - vilket är arean av en cirkel delat med roten ur två. 

C fatsug 15 – Fd. Medlem
Postad: 7 mar 2017 13:08
Dr. G skrev :

Jag hade nog lagt ett nytt origo i (1/2,1/2) och nya axlar roterade 45 grader, så man slipper tänka "snett". 

 Tack för tipset! Dock så löser det nog inte mitt problem med att förstå facits svar. 

Dr. G 9379
Postad: 7 mar 2017 13:47

Eller så roterar man rubbet 45 grader runt origo. Cirkeln blir oförändrad och linjen blir y =1/sqrt(2) om man roterar moturs. Det känns som den enklaste lösningen. 

Svara Avbryt
Close