sabato 9 giugno 2012

Volume di un solido di rotazione intorno all'asse y

Per calcolare il volume di un solido generato dalla rotazione intorno all'asse x di un tratto del grafico di una funzione y = f(x) si usa la nota formula
V = pi Int(f(x)^2 dx), definito nell'intervallo a, b.
Ma come si fa a calcolare il volume del solido generato dalla rotazione intorno all'asse y dello stesso tratto di curva?
Se è possibile trovare la formula dell'inversa della funzione, allora basta scambiare x con y e seguire il procedimento noto.
Ma se non si riesce a trovare la formula dell'inversa come si può fare?
Se la funzione è invertibile (anche se non si riesce a trovare la formula), basterà fare in modo che l'integrale si debba calcolare usando la funzione data anziché l'inversa e questo si può ottenere considerando il cilindro che contiene il solido e sottraendo il volume eccedente.
Per fissare le idee, consideriamo un esempio semplice.
Vogliamo calcolare il volume del solido generato dalla rotazione intorno all'asse y del grafico della funzione y = x^2, limitato dall'asse x e dalla retta y = 16.
Normalmente, si trova l'inversa della funzione, x = sqrt(y) e si calcola l'integrale :
V = pi Int((sqrt(y))^2dy definito fra y=0 e y=16 ; risulta 128pi.
Vediamo come si calcola lo stesso volume con il procedimento senza il calcolo della funzione inversa. Osserviamo che la funzione è invertibile se prendiamo x non negative. All'intervallo di ordinate fra 0 e 16 corrisponde l'intervallo di ascisse fra 0 e 4.
Il volume del cilindro che contiene il solido ha il raggio di base uguale a 4 e l'altezza uguale a 16. Questo volume, indichiamolo con Vc, risulta 256pi.
Il volume eccedente è l'integrale degli elementi di volume costituiti da cilindri cavi con raggio di base x e altezza y e spessore dx :
Ve = Int(2pix*ydx) definito fra 0 e 4 ;
Ve = 2pi Int(x^3dx) definito fra 0 e 4 ;
Ve = 2pi (x^4/4) fra 0 e 4 ;
Risulta Ve = 128pi.
Dalla sottrazione Vc - Ve risulta il volume cercato V = 128pi.

Nell'immagine sotto è riportato un esempio in cui conviene seguire questo procedimento dato che non è possibile trovare la formula per la funzione inversa.



L'esempio mi è stato suggerito da una domanda alla quale ho risposto in Answer.

http://it.answers.yahoo.com/question/index?qid=20120609001728AAWciCI


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