미적분Ⅱ정적분의 활용수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

반원 회전체 부피

문제

곡선 x2+(y1)2=1(y1)x ^{2} + ( y - 1 ) ^{2} = 1 ( y \geq 1 )과 두 직선 x=1,x=1x = - 1 , x = 1xx축으로 둘러싸인 부분을 xx축의 둘레로 회전시켜 생기는 회전체의 부피는? [3점] 12π2+53π\displaystyle \frac{1}{2} \pi ^{2} + \frac{5}{3} \pi12π2+103π\displaystyle \frac{1}{2} \pi ^{2} + \frac{10}{3} \piπ2+53π\displaystyle \pi ^{2} + \frac{5}{3} \piπ2+103π\displaystyle \pi ^{2} + \frac{10}{3} \pi2π2+53π\displaystyle 2 \pi ^{2} + \frac{5}{3} \pi

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해설

x2+(y1)2=1x ^{2} + ( y - 1 ) ^{2} = 1에서 y=1+1x2\displaystyle y = 1 + \sqrt{1 - x ^{2}} (∵ y1y \geq 1) 이므로 구하는 회전체의 부피 VVVV==π11y2dx\displaystyle \pi \int _{-1} ^{1} y ^{2} dx =π11(1+1x2)2dx\displaystyle = \pi \int _{-1} ^{1} ( 1 + \sqrt{1 - x ^{2}} ) ^{2} dx =π11(2x2+21x2)dx\displaystyle = \pi \int _{-1} ^{1} ( 2 - x ^{2} + 2 \sqrt{1 - x ^{2}} ) dx =π11(2x2)dx+2π11(1x2)dx\displaystyle = \pi \int _{-1} ^{1} ( 2 - x ^{2} ) dx + 2 \pi \int _{-1} ^{1} ( \sqrt{1 - x ^{2}} ) dx =2π[2xx33]01+2ππ2\displaystyle = 2 \pi \left[ 2 x - \frac{x ^{3}}{3} \right] _{0} ^{1} + 2 \pi \cdot \frac{\pi}{2} =π2+103π\displaystyle = \pi ^{2} + \frac{10}{3} \pi (\displaystyle \left( \begin{array}{l} \begin{matrix} \\ \end{matrix} \end{array} \right.01(1x2)dx\displaystyle \int _{0} ^{1} ( \sqrt{1 - x ^{2}} ) dx는 반지름의 길이가 11인 반원의 넓이와 같다.)\displaystyle \begin{matrix} \\ \end{matrix} )

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