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109 學年度台綜大微積分 C 第 5 題

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109學年度 · 109台綜大微積分C · 第 5 題

題目

5. (10 points) Find the volume of the solid of revolution about the xx-axis bounded by the curve

f(x)=1xx2+1f(x)=\frac{1}{x\sqrt{x^2+1}}

with x∈[1,∞)x \in [1,\infty).

解答

解法一

思路

展開
  • 繞 xx 軸旋轉,採圓盤法;體積是 π∫1∞f(x)2 dx\pi\int_1^\infty f(x)^2\,\mathrm{d}x。
  • 將 1x2(x2+1)\frac1{x^2(x^2+1)} 拆成兩個熟悉的瑕積分。

答題過程

V= π∫1∞1x2(x2+1) dx= π∫1∞(1x2−1x2+1) dx= π[−1x−arctan⁡x]1∞= π(1−π4).\begin{align*} V =&\,\pi\int_1^\infty\frac1{x^2(x^2+1)}\,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,\pi\int_1^\infty\left(\frac1{x^2}-\frac1{x^2+1}\right)\,\mathrm{d}x\\[4mm] =&\,\pi\left[-\frac1x-\arctan x\right]_1^\infty\\[4mm] =&\,\boxed{\pi\left(1-\frac\pi4\right)}. \end{align*}