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数学
题目

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

例6 (89-2 3分)曲线$y=\cos x(-\frac{\pi}{2}\le x\le \frac{\pi}{2})$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. $\frac{\pi}{2}$

B. π

C. $\frac{\pi^{2}}{2}$

D. $\pi^{2}$

题目解答

答案

C. $\frac{\pi^{2}}{2}$

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:

  1. 确定积分方法:绕x轴旋转,选择圆盘法,体积公式为$V = \pi \int_{a}^{b} [f(x)]^2 \, dx$。
  2. 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。
  3. 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
$V = \frac{\pi}{2} \left( \pi + 0 \right) = \frac{\pi^2}{2}$

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