发布时间:2025-09-29 23:38:53 浏览次数:2
摆线是指一条绳子一端固定,另一端围绕一个固定点按一定规律运动而形成的曲线。摆线的参数方程一般可以表示为:
x = a(t - sin(t))
y = a(1 - cos(t))
其中,a是摆线的振幅,t是时间参数。
要求摆线所围成的封闭曲线的体积,可以利用旋转体的体积公式进行计算。摆线本身可以看作是y轴上的一条曲线,如果将其绕y轴旋转一周,即可形成一个旋转体。
设旋转体的体积为V,半径为r。根据旋转体的体积公式,有:
V = ∫[a, b] πr^2 dx
在此处,x的取值范围为[a, b],a和b是摆线在x轴上的截距。
r是和y值有关的变量,可以通过y的表达式来表示:
r = y = a(1 - cos(t))
将r代入体积公式,有:
V = ∫[a, b] π(a(1 - cos(t)))^2 dx
= ∫[a, b] πa^2(1 - cos(t))^2 dx
将参数方程中的x表达式代入,有:
V = ∫[a, b] πa^2(1 - cos(t))^2 (t - sin(t))' dt
= ∫[a, b] πa^2(1 - cos(t))^2 (1 - cos(t))' dt
= ∫[a, b] πa^2(1 - cos(t))^3 dt
即,摆线所围成的封闭曲线的体积公式为 V = ∫[a, b] πa^2(1 - cos(t))^3 dt。