例6 (89-2 3分)曲线y=cos x(-(pi)/(2)le xle (pi)/(2))与x轴所围成的图形,绕x轴旋转一周所成的旋转体的体积为( ).A. (pi)/(2)B. πC. (pi^2)/(2)D. pi^2
A. $\frac{\pi}{2}$
B. π
C. $\frac{\pi^{2}}{2}$
D. $\pi^{2}$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查旋转体体积的计算,涉及圆盘法的应用以及三角函数积分的技巧。
解题核心思路:
- 确定积分方法:绕x轴旋转,选择圆盘法,体积公式为$V = \pi \int_{a}^{b} [f(x)]^2 \, dx$。
- 处理被积函数:利用半角公式将$\cos^2 x$转化为易积分的形式。
- 对称性简化:积分区间关于原点对称,可结合偶函数性质简化计算。
破题关键点:
- 正确应用圆盘法公式,明确积分上下限。
- 灵活运用半角公式简化被积函数。
- 注意积分结果的符号和计算准确性。
步骤1:写出圆盘法公式
旋转体体积公式为:
$V = \pi \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \cos^2 x \, dx$
步骤2:应用半角公式
将$\cos^2 x$展开:
$\cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2}$
代入公式得:
$V = \pi \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1 + \cos 2x}{2} \, dx$
步骤3:分项积分
拆分为两个积分:
$V = \frac{\pi}{2} \left[ \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} 1 \, dx + \int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \cos 2x \, dx \right]$
步骤4:计算第一项积分
$\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} 1 \, dx = \left. x \right|_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi}{2} - \left(-\frac{\pi}{2}\right) = \pi$
步骤5:计算第二项积分
利用不定积分$\int \cos 2x \, dx = \frac{\sin 2x}{2}$:
$\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \cos 2x \, dx = \left. \frac{\sin 2x}{2} \right|_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\sin \pi}{2} - \frac{\sin(-\pi)}{2} = 0$
步骤6:合并结果
$V = \frac{\pi}{2} \left( \pi + 0 \right) = \frac{\pi^2}{2}$