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Volume of Revolution

1.1 Disk/Washer Method

基本原理:将旋转体切割成无限薄的圆盘/垫圈,计算单个薄片体积后积分

绕x轴旋转(纵向切割): $V = π\int_{a}^{b} [f(x)]^2 dx$

绕y轴旋转(横向切割): $V = π\int_{c}^{d} [f^{-1}(y)]^2 dy$

推导过程

  1. 在位置x处取厚度dx的薄片
  2. 薄片半径r = f(x)
  3. 单个薄片体积dV = πr²dx
  4. 总体积为积分求和

示例:计算y = x²在[0,1]绕x轴的旋转体积 $V = π\int_{0}^{1} (x^2)^2 dx = π\left[\frac{x^5}{5}\right]_0^1 = \frac{π}{5}$

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1.2 Cylindrical Shells Method

适用场景:当旋转轴与积分变量垂直时更简便

绕x轴旋转(水平壳层): $V = 2π\int_{c}^{d} y·f^{-1}(y) dy$

绕y轴旋转(垂直壳层): $V = 2π\int_{a}^{b} x·f(x) dx$

推导过程

  1. 壳层半径 = x(绕y轴时)