高等数学课后习题答案第六章31页.docx

习题6-2 1. 求图6-21 中各画斜线部分的面积: (1) 解 画斜线部分在x轴上的投影区间为[0, 1]. 所求的面积为 . (2) 解法一 画斜线部分在x轴上的投影区间为[0, 1]. 所求的面积为 , 解法二 画斜线部分在y轴上的投影区间为[1, e]. 所求的面积为 . (3) 解 画斜线部分在x轴上的投影区间为[-3, 1]. 所求的面积为 . (4) 解 画斜线部分在x轴上的投影区间为[-1, 3]. 所求的面积为 . 2. 求由下列各曲线所围成的图形的面积: (1) 与x2+y2=8(两部分都要计算); 解: . . (2)与直线y=x及x=2; 解: 所求的面积为 . (3) y=ex, y=e-x与直线x=1; 解: 所求的面积为 . (4)y=ln x, y轴与直线y=ln a, y=ln b (b>a>0). 解 所求的面积为 3. 求抛物线y=-x2+4x-3及其在点(0, -3)和(3, 0)处的切线所围成的图形的面积. 解: y=-2 x+4. 过点(0, -3)处的切线的斜率为4, 切线方程为y=4(x-3). 过点(3, 0)处的切线的斜率为-2, 切线方程为y=-2x+6. 两切线的交点为, 所求的面积为 . 4. 求抛物线y2=2px及其在点处的法线所围成的图形的面积. 解 2yy=2p . 在点处, , 法线的斜率k=-1, 法线的方程为, 即. 求得法线与抛物线的两个交点为和. 法线与抛物线所围成的图形的面积为 . 5. 求由下列各曲线 所围成的图形的面积;(1)r=2acosq ; 解: 所求的面积为 =pa2. (2)x=acos3t, y=asin3t; 解 所求的面积为 . (3)r=2a(2+cosq ) 解 所求的面积为 . 6. 求由摆线x=a(t-sin t), y=a(1-cos t)的一拱(0t2p)与横轴 所围成的图形的面积. 解: 所求的面积为 . 7. 求对数螺线r=aeq(-pqp)及射线q=p所围成的图形面积. 解 所求的面积为 . 8. 求下列各曲线所围成图形的公共部分的面积. (1)r=3cosq 及r=1+cosq 解 曲线r=3cosq 与r=1+cosq 交点的极坐标为, . 由对称性, 所求的面积为 . (2)及. 解 曲线与的交点M的极坐标为M. 所求的面积为 . 9. 求位于曲线y=ex下方, 该曲线过原点的切线的左方以及x轴上方之间的图形的面积. 解 设直线y=kx与曲线y=ex相切于A(x0, y0)点, 则有 , 求得x0=1, y0=e, k=e . 所求面积为 . 10. 求由抛物线y2=4ax与过焦点的弦所围成的图形的面积的最小值. 解 设弦的倾角为a. 由图可以看出, 抛物线与过焦点的弦所围成的图形的面积为 . 显然当时, A1=0; 当时, A1>0. 因此, 抛物线与过焦点的弦所围成的图形的面积的最小值为 . 11. 把抛物线y2=4ax及直线x=x0(x0>0)所围成的图形绕x轴旋转, 计算所得旋转体的体积. 解 所得旋转体的体积为 . 12. 由y=x3, x=2, y=0所围成的图形, 分别绕x轴及y轴旋转, 计算所得两个旋转体的体积. 解 绕x轴旋转所得旋转体的体积为 . 绕y轴旋转所得旋转体的体积为 . 13. 把星形线所围成的图形, 绕x轴旋转, 计算所得旋转体的体积. 解 由对称性, 所求旋转体的体积为 . 14. 用积分方法证明图中球缺的体积为. 证明 . 15. 求下列已知曲线所围成的图形, 按指定的轴旋转所产生的旋转体的体积: (1), , 绕y轴; 解 . (2), x=0, x=a, y=0, 绕x轴; 解 . (3), 绕x 轴. 解 . (4)摆线x=a(t-sin t), y=a(1-cos t)的一拱, y=0, 绕直线y=2a. 解 . 16. 求圆盘绕x=-b(b>a>0)旋转所成旋转体的体积. 解 . 17. 设有一截锥体, 其高为h, 上、下底均为椭圆, 椭圆的轴长分别为2a、2b和2A、2B, 求这截锥体的体积. 解 建立坐标系如图. 过y轴上y点作垂直于y轴的平面, 则平面与截锥体的截面为椭圆, 易得其长短半轴分别为 , . 截面的面积为. 于是截锥体的体积为 . 18. 计算底面是半径为R的圆, 而垂直于底面上一条固定直径的所有截面都是等边三角形的立体体积. 解 设过点x且垂直于x轴的截面面积为A(x), 由已知条件知, 它是边长为的等边三角形的面积, 其值为 , 所以 . 19. 证明 由平面图形0axb, 0yf(x)绕y轴旋转所成的旋转体的体积为 . 证明 如图, 在x处取一宽为dx的小曲边梯形, 小曲边梯形绕y轴旋转所得的旋转体的体积近似为2pxf(x)dx, 这就是体积元素, 即 dV=2pxf(x)dx, 于是平面图形绕y轴旋转所成的旋转体的体积为 . 20. 利用题19和结论, 计算曲线y=sin x(0xp)和x轴所围成的图形绕y轴旋转所得旋转体的体积. 解 . 21. 计算曲线y=ln x上相应于的一段弧的长度. 解 , 令, 即, 则 . 22. 计算曲线上相应于1x3的一段弧的长度. 解 , , , , 所求弧长为 . 23. 计算半立方抛物线被抛物线截得的一段弧的长度. 解 由得两曲线的交点的坐标为, . 所求弧长为. 因为 , , . 所以 . 24. 计算抛物线y2=2px 从顶点到这曲线上的一点M(x, y)的弧长. 解 . 25. 计算星形线, 的全长. 解 用参数方程的弧长公式. . 26. 将绕在圆(半径为a)上的细线放开拉直, 使细线与圆周始终相切, 细线端点画出的轨迹叫做圆的渐伸线, 它的方程为 , . 计算这曲线上相应于t从0变到p的一段弧的长度. 解 由参数方程弧长公式 . 27. 在摆线x=a(t-sin t), y=a(1-cos t)上求分摆线第一拱成1: 3的点的坐标. 解 设t从0变化到t0时摆线第一拱上对应的弧长为s(t0), 则 . 当t0=2p时, 得第一拱弧长s(2p)=8a. 为求分摆线第一拱为1: 3的点为A(x, y), 令 , 解得, 因而分点的坐标为: 横坐标, 纵坐标, 故所求分点的坐标为. 28. 求对数螺线相应于自q=0到q=j的一段弧长. 解 用极坐标的弧长公式. . 29. 求曲线rq=1相应于自至的一段弧长. 解 按极坐标公式可得所求的弧长 . 30. 求心形线r=a(1+cos q )的全长. 解 用极坐标的弧长公式. . 习题6-3 1. 由实验知道, 弹簧在拉伸过程中, 需要的力F(单位: N)与伸长量s(单位: cm)成正比, 即F=ks (k为比例常数). 如果把弹簧由原长拉伸6cm, 计算所作的功. 解 将弹簧一端固定于A, 另一端在自由长度时的点O为坐标原点, 建立坐标系. 功元素为dW=ksds, 所求功为 k(牛厘米). 2. 直径为20cm、高80cm的圆柱体内充满压强为10N/cm2的蒸汽. 设温度保持不变, 要使蒸汽体积缩小一半, 问需要作多少功？ 解 由玻-马定律知: . 设蒸气在圆柱体内变化时底面积不变, 高度减小x厘米时压强 为P(x)牛/厘米2, 则 , . 功元素为, 所求功为 (J). 3. (1)证明: 把质量为m的物体从地球表面升高到h处所作的功是 , 其中g是地面上的重力加速度, R是地球的半径; (2)一颗人造地球卫星的质量为173kg, 在高于地面630km处进入轨道. 问把这颗卫星从地面送到630的高空处, 克服地球引力要作多少功？已知g=9.8m/s2, 地球半径R=6370km. 证明 (1)取地球中心为坐标原点, 把质量为m的物体升高的功元素为 , 所求的功为 . (2)(kJ). 4. 一物体按规律作直线运动, 媒质的阻力与速度的平方成正比. 计算物体由x=0移至x=a时, 克服媒质阻力所作的功. 解 因为, 所以 , 阻力. 而, 所以 . 功元素dW=-f(x)dx, 所求之功为 . 5. 用铁锤将一铁钉击入木板, 设木板对铁钉的阻力与铁钉击入木板的深度成正比, 在击第一次时, 将铁钉击入木板1cm. 如果铁锤每次打击铁钉所做的功相等, 问锤击第二次时, 铁钉又击入多少？ 解 设锤击第二次时铁钉又击入hcm。