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La configuración de una Integral para Encontrar Un Cono de la Superficie de la Zona

He intentado probar la fórmula presentada aquí por la integración de las circunferencias de secciones de un cono recto circular: $$\int_{0}^{h}2\pi sdt, \qquad\qquad s = \frac{r}{h}t$$ así $$\int_{0}^{h}2\pi \frac{r}{h}tdt.$$ La integración de eso me $\pi h r$, el cual no puede ser correcta, porque de $h$ no es la inclinación de la altura. De modo que la suma de las áreas de diferencial de ancho tiras circulares no aumente el área de la superficie lateral de un cono?

EDIT: ahora me doy cuenta de que la integral de las obras si se establece el límite superior a la altura de inclinación - esto funciona si pienso en "abrir" el cono y la formación de una porción de un círculo. La pregunta sigue siendo: ¿por qué no el original de trabajo integral? No el valor de la suma de los cilindros de las áreas de llegar a la zona del cono como el número de particiones enfoques infinito?

5voto

Carlos A. Ibarra Puntos 2699

Ok, así que he estado pensando en esto por un par de días, y me hizo la misma pregunta en physicsforums.com. Y por suerte, alguien ha escrito una respuesta que explica el problema. Aquí está la pregunta que he publicado: http://www.physicsforums.com/showthread.php?p=4031752. Si se desplaza por todo el camino hasta el penúltimo post, se te ve una persona que dice:

"El problema creo que es que no se podría obtener el área de la superficie si se utilizan cilindros cuyos lados no son paralelos a los lados de la forma. Por ejemplo, considere la posibilidad de probar a "la plaza" el perímetro de un círculo. Para la ilustración: http://qntm.org/trollpi

"Los lados de la plaza se cortan en muchas de las piezas y, a continuación, "pasos" son creados a partir de ella, pero siempre se puede combinar los pasos de nuevo en el lado de la plaza. Considere la posibilidad de la cuarta foto en el enlace, mira en la mitad superior del círculo. Toda la parte superior de la plaza se encuentra allí, es sólo en las piezas. Así que usted puede jag ellos todo lo que quieras, el perímetro es la misma y no se inicia la aproximación de un círculo.

"En la sección transversal del cono, considerando que es una 2-d objeto, también puede intentar calcular el perímetro de la rebanada. Si se suman los lados de los rectángulos, que siempre se suman a 2H, no importa lo pequeño que los hacen, sin embargo, usted puede comprobar la utilización de Pitágoras, que debería ser más. debido a su doble (para dos caras de la rebanada) la raíz cuadrada de H^2+R^2"

La respuesta de hace un montón de sentido para mí, y espero que tenga sentido para todos los demás aquí :)

3voto

Mike Puntos 473

Considere el siguiente diagrama,

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Por semejanza de triángulos, $${H \over S} = {{dy} \over {ds}}$$ Resolver para ds, $$ds = {{S(dy)} \over H}$$ La ecuación de la línea S, $$y = mx + b$$ where, $$m = - {H \over R}$$ and $$b = H$$ Por lo tanto, $$y = - {H \over R}x + H$$ Siguiente, resolver por $x$ $$x = {{ - R(y - H)} \over H}$$ Siguiente, integrar los círculos de radios $x$ y el espesor diferencial $ds$ de $y$ = cero a H, por lo que el área de superficie de un cono de la derecha está dada por, $$A = 2\pi \int\limits_0^H x ds$$ Sustituto $x$ en la integral para obtener, $$A = 2\pi \int\limits_0^H {{{ - R(y - H)} \over H}} ds$$ Ahora sustituye en la ecuación anterior $$ds = {S \over H}dy$$ Para obtener, $$A = 2\pi \int\limits_0^H {{{ - R(y - H)} \over H}} \left( {{S \over H}dy} \right)$$ La limpieza de esta ecuación rendimientos $$A = {{2\pi ( - R)S} \over {{H^2}}}\int\limits_0^H {(y - H)dy} $$ $$A = {{2\pi ( - R)S} \over {{H^2}}}\left[ {{{{y^2}} \over 2} - Hy} \right]_0^H$$ $$A = {{2\pi ( - R)S} \over {{H^2}}}\left[ {{{{H^2}} \over 2} - {H^2}} \right]$$ $$A = {{2\pi ( - R)S} \over {{H^2}}}\left[ {{{{H^2}} \over 2} - {{2{H^2}} \over 2}} \right]$$ $$A = {{2\pi ( - R)S} \over {{H^2}}}\left[ {{{ - {H^2}} \over 2}} \right]$$ $$A = {{2\pi RS} \over {{H^2}}}\left[ {{{{H^2}} \over 2}} \right] = \pi RS$$

3voto

VG2691994 Puntos 1

Agradezco el proceso de pensamiento y hizo algo similar como lo hizo por el Señor G. P Burdell. Para añadir a la confusión (me disculpo!) déjame poner mi punto hacia adelante como este:

Considere la posibilidad de un Cono de altura H y radio R. Vamos a dh y el dr se los respectivos cambios en H y R. Por lo tanto
$$Volume = \int_0^H \pi{r^2} dh$$

Ahora "r" es una función de la "h" para $$h = H- \frac{H}{R}r$$

$$dh = - \frac{H}{R}dr$$

Sustitución de la misma en la ecuación anterior obtenemos la integral como

$$\int_R^0 \pi{r^2} \frac{(-H)}{R}dr$$ $$Volume = \frac{\pi}{3}R^2H$$

Si hacemos el mismo proceso para el área de la superficie que va a terminar

$$Surface Area = \pi RH$$

Lo cual no es cierto.

El Área de la Superficie de un Cono es $$= \pi RS$$ donde S es la Altura de Inclinación del Cono.

Si tratamos de argumentar en esta explicación de la Superficie, a continuación, nuestra explicación de Volumen está en contradicción.

2voto

chrisdew Puntos 6165

Cuando cada vez que un cálculo que necesita para empezar con la correcta relaciones matemáticas. Además, usted necesita para asegurarse de que integrar sobre la correcta límites y sobre las variables correctas.

Usted puede ver la integración como la suma de un montón de intesimal artículos pequeños para dar la respuesta final.

Todos los datos correctamente el programa de instalación integrales resultará en la misma respuesta.

Antes de iniciar o prisa en resolver un problema, pensar en lo que sería la forma más sencilla de abordar el problema.

Pensé que acercarse a ella como un triángulo sería muy fácil de resolver el problema. Así que esta solución se utiliza un triángulo como la base de la relación matemática.

Todos sabemos que el área de un triángulo es:

$$Area = \frac{1}{2}Base * Height$$

Voy a por lo tanto el programa de instalación el problema de la siguiente manera. (Solución 1)

Definir un triángulo con una altura de S (que se define como la longitud de un punto a a un lado de la base) y una base de un infinito pequeño la longitud de la base y de la llamada es de dbase.

Como sabemos que radianes está definida de tal manera que la circunferencia de un círculo producirá exactamente $$2.\pi$$ para un círculo de unidad (r=1). Esta relación nos ayuda a definir dbase, a continuación, como una simple relación de un infinitamente pequeño ángulo multiplicado por el radio. En este caso el radio del cono. Así, podemos decir:

$$dbase = R. d angle$$

El área de mi triángulo, se convertiría en:

$$darea = \frac{1}{2} S. R. dangle$$

Vamos a integrar entre los límites 0 y 2pi para incluir el total de la circunferencia. En grados este habría sido de 0 a 360, sin embargo la relación que uso se define para radianes. (Tenga en cuenta que no pude obtener el límite superior como $$2\pi$$ y por lo tanto integrar más de la mitad de la circunferencia y multiplicar el resultado por 2. Yo no estoy familiarizado con la sintaxis. La respuesta, sin embargo, es el mismo. En algunos casos podemos utilizar esto como un truco para reducir el esfuerzo en el cálculo del resultado de las integrales etc. )

$$Area = 2\int_0^ \pi \frac{1}{2} S. R. dangle$$

$$Area=2.(\frac{1}{2} S. R . \pi)-2.(\frac{1}{2} S. R . (0))$$

$$Area =\pi S R$$

Y el resultado es exactamente igual que el resto del mundo creen que la respuesta debe ser.

Importante es siempre estar matemáticamente correcta.

En respuestas anteriores realizados matemáticas básicas errores y al final con la respuesta equivocada.

Si usted sigue las matemáticas usted no puede ir mal. Si se equivocó usted cometió un error, la búsqueda de sus supuestos y de las relaciones y tratar de ganar.

Pruebe el volumen de sí mismo. Hice esto en mi teléfono y es un poco difícil.

Solución 2 - integrar de 0 a H, donde H es la altura del cono y R el radio.

h =altura, dheight es muy pequeño incremento en la altura y r es el radio de h.

El ángulo es el ángulo entre la vertical y lateral de longitud S.

La relación matemática para el área es la medida de la circunferencia múltiples por el pequeño aumento en la longitud de S. tenga en cuenta que la longitud no es dh pero debido al ángulo. Ser muy cuidadosos en este punto.

$$darea = 2\pi . r. ds$$

Para la instalación de la integral correcta necesitamos expresar r y ds en términos de h para asegurar la consistencia. La relación es como sigue:

$$tan(angle) = r /h $$ $$r = h. tan(angle) $$

Y

$$cos(angle) = dh/ds $$ $$ds = dh. Cos(angle) $$

darea se convierte entonces

$$darea =2\pi.tan(angle). cos(angle) .h.dh$$

Sólo tenemos que integrar esta como:

$$Area = 2\pi. tan(angle). cos(angle) \int_0^ H h. dh$$

$$Area = 2\pi. tan(angle).cos(angle) (( \frac{1}{2} H^2)-(\frac{1}{2} (0)) $$

$$Area = \pi. tan(angle).cos(angle) H^2$$

Sólo tenemos que deshacernos de la canela y el cos y, a continuación, deberíamos tener la misma respuesta. A partir de lo anterior, podemos sustituir volver a obtener:

$$Area = \pi. S. R$$

Funcionó de nuevo, no hay magia.

Solución 3 - integrar de 0 a S. Mismas variables que en la solución 2.

Definición de área de la misma. Esta vez tenemos para expresar r en términos de s.

$$darea = 2\pi . r. ds$$

$$sin(angle) = r /s $$ $$r = s. sin(angle) $$

Reemplazar al r en darea, a continuación, integrar

$$Area = 2\pi. sin(angle) \int_0^ S s. ds$$

$$Area = 2\pi. sin(angle) (( \frac{1}{2} S^2)-(\frac{1}{2} (0)) $$

$$Area = \pi.sin(angle) S^2$$

Deshacerse del pecado plazo y se puede creer, una vez más, el mismo resultado que en el resto del mundo.

$$Area = \pi. S. R$$

Me encantan las matemáticas.

1voto

Shabaz Puntos 403

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