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calculo ejercicios de, Ejercicios de Cálculo

calculo ejercicios de matemática básica para calculo ingeniería

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 05/09/2020

Bjornscka
Bjornscka 🇵🇪

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VOLÚMENES POR ANILLOS CILÍNDRICOS
El método de cálculo integral que se explica en esta página, el de los
anillos cilíndricos, proporciona una forma alternativa de calcular
volúmenes de sólidos de revolución. En ciertos casos es el único método
viable porque el de las secciones transversales puede resultar a veces
difícil de aplicar o no puede aplicarse en absoluto. 
Piénsese, por ejemplo, en el problema de hallar el volumen del sólido de
revolución que se genera al hacer girar sobre el eje y la región que está
comprendida, en el primer cuadrante, entre la curva y = -x3 + 4x2 - 3x + 1 y
la vertical x = 3.
A primera vista puede parecer que el método más adecuado para este
cálculo consiste en hacer repetidas secciones transversales horizontales
del sólido - tajarlo por decirlo así- y en integrar luego los volúmenes de
todos los trozos. Sin embargo, se presentan varias dificultades. 
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VOLÚMENES POR ANILLOS CILÍNDRICOS

El método de cálculo integral que se explica en esta página, el de los

anillos cilíndricos, proporciona una forma alternativa de calcular

volúmenes de sólidos de revolución. En ciertos casos es el único método

viable porque el de las secciones transversales puede resultar a veces

difícil de aplicar o no puede aplicarse en absoluto.

Piénsese, por ejemplo, en el problema de hallar el volumen del sólido de

revolución que se genera al hacer girar sobre el eje y la región que está

comprendida, en el primer cuadrante, entre la curva y = -x^3 + 4x^2 - 3x + 1 y

la vertical x = 3.

A primera vista puede parecer que el método más adecuado para este

cálculo consiste en hacer repetidas secciones transversales horizontales

del sólido - tajarlo por decirlo así- y en integrar luego los volúmenes de

todos los trozos. Sin embargo, se presentan varias dificultades.

La primera está en que las secciones transversales son, en unas zonas del

sólido, discos completos y, en otras, arandelas, es decir, discos con hueco.

Esto conduce a tener que dividir la región de integración en varias

subregiones, lo que resulta algo engorroso. Pero, por otra parte, para

plantear la integral es necesario expresar tanto el radio de los discos como

el radio interior y exterior de las arandelas en función de la variable y, lo

que no es fácil de lograr en este caso.

En cambio, el método de los anillos cilíndricos funciona muy bien en esta

situación.

Básicamente consiste en dividir el sólido de revolución en una serie de

anillos cilíndricos que se incrustan unos dentro de otros y en integrar

luego los volúmenes de estos anillos para obtener el volumen total.

En la que se puede ver cómo se van agregando y se van retirando

sucesivamente estos elementos y cómo se produce el sólido de

revolución.

Pero antes de entrar en detalles es importante entender bien la estructura

geométrica que está involucrada en este método.

Quizás resulte útil pensar en objetos cotidianos que presentan la misma

configuración. El primero que viene a la mente es posiblemente un trozo

de cebolla pues es bien conocido el hecho de que en su interior los tejidos

de un trozo de este vegetal están dispuestos en una serie de capas más o

menos cilíndricas que, cuando se cortan transversalmente y se sirven en

las ensaladas, forman los característicos "anillos" de la cebolla.

También puede resultar útil pensar en la estructura interna de un tronco

de árbol pues ésta consiste en una serie de anillos, hechos de distintas

En esta expresión podemos reconocer varias cosas. Si ponemos r = 1/2 (r

+ r1) , el radio medio de los cilindros, y si ponemos r= r2- r1 el grosor del

anillo cilindrico, entonces podemos expresar el volumen V de la forma

siguiente:

Esta expresión puede recordarse fácilmente si se piensa en que el

casquete cilindrico se abre y se aplana convirtiéndose en una caja

rectangular de escaso grosor como lo muestra la figura siguiente:

Ahora bien, consideremos el problema general:

Hallar el volumen del sólido de revolución que se genera al hacer girar

alrededor del eje y la región que está comprendida entre la curva y = f(x),

con f(x) > 0, el eje x, es decir, la recta horizontal y = 0 y las rectas verticales

x = a y x = b, donde 0 < a < b.

La región aparece representada en la anterior y el sólido de revolución

que engendra en la figura siguiente:

Dividamos el intervalo [a, b] en n subintervalos [x¡-1, x], todos con el mismo

ancho: x = (b - a) / n. Sea xi el punto medio del i-ésimo subintervalo.

Consideremos el rectángulo Ri construido sobre el i-ésimo subintervalo

con una altura de f (xi) y hagámoslo girar en torno del eje y.

Entonces se produce un casquete cilindrico que tiene como radio medio

xi, como altura f(xi) y cuyo grosor es x = xi -1 -x¡. Por lo tanto, el volumen

Vi de este anillo cilindrico está dado por:

Para obtener un cálculo aproximado del volumen total del sólido de

revolución debemos poner n anillos cilindricos de éstos, unos dentro de

los otros, como lo ilustra la siguiente figura y después sumar los

volúmenes de todos ellos:

PROBLEMAS

  1. Obtenga el volumen del solido generado al girar alrededor del eje y la región limitada por la región y =¿ x − 3 ∨¿ y las recas x = 1, x = 5 y y = 0. Tome los elementos rectangulares paralelos el eje de revolución La figura muestra la región, Un elemento de volumen esta en el centro del eje y, de radio m y altitud |m – 3| en (1.5) Entonce: V = lim ¿∨ ∨¿ 0 ∑ t = 1 n

2 πmm | m − 3 |

L =∫ 1 5

x | x − 3 | d z

Porque x – 3 ≤ 0 en (1,3) y x - 3≥ 0 en (3,5) obtenemos

L =∫ 1 3 x ( 3 − x ) dx +∫ 3 5 x ( x − 3 ) dx L =∫ 1 3 ( 3 xx 2 ) dx +∫ 3 5

( x^2 − 3 x ) dx

L = 2 πm ([

x 2 −

x 3 ]

[

x 3 −

x 2 ]) L = 2 πm (^) (

∗ (^16) ) L = 24 πm 3 1 5 3

2. Determine el volumen del sólido generado al girar la región limitada

por la gráfica de y =^4 x −^

x 4

, el eje y y la recta y = 6 alrededor de la

recta x = 2.

La figura muestra la región Porque y esta dado en función de x, nosotros

escogemos elementos rectangulares paralelos a x = 2, x ϵ [0,2], la

diferencia de distancia es 2 – m.

V = lim ¿∨ ∨¿ 0 ∑ t = 1 n 2 πm ( 2 − m )( 6 − 4 m +

m 4 ) ∆ L = 2 πm ∫ 0 2 ( 2 − x ) ( 6 − 4 x +

x 4 ) dx L = 2 πm ∫ 0 2 ( 12 − 14 x + 4 x 2

x 4 −

x 5 ) dx L = 2 πm [ 12 x − 7 x 2

x 3

x 5 −

x 6 ] L = 2 πm [

2

3

5 −

6 ] L = 2 πm [

15 ] L =

πm

  1. Halle la longitud del arco de la curva x = y 2 4

ln desde y=1 hasta y=e.

Solución:

Tenemos dx dy

y 2

y por lo tanto L =∫ 1 e

4 (^

y

2 dy L =

∫ 1 e

√(^

y +

y )

2 dy L =

∫ 1 e

y +

y )

dy L =( y 2 4

ln y 2

L =

e 2

  • 1 4
  1. Halle la longitud del arco de la curva 8 y = x 4 +

x 2 desde x = 1 hasta x = 2. Solución: Se tiene dx dy

x 3 −

x

L =∫ 1 2

x 3

x

2 dx L =

∫ 1 2

x 3

x

2 dx L =

∫ 1 2

x 3

x

2 dx e 1

L =

2 (^ x 4 4

2 x (^2) ) L =

2 1