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Aplicaciones de la integral

Ejercicios resueltos de volúmenes de revolución con soluciones

11 ejercicios de volúmenes de revolución con respuestas y soluciones completas por los métodos de discos, arandelas y capas, también con otros ejes.

Aplicaciones de la integral Actualizado 4 min de lectura

De un vistazo

V = \pi\int_a^b \big(R(x)^2 - r(x)^2\big)\,dx \qquad V = 2\pi\int_a^b x\,h(x)\,dx
Ejercicios
11, con respuestas y soluciones completas
Nivel
Cálculo 1, Cálculo 2 y AP Calculus, unidad 8
Idea principal
Corta el sólido en discos, arandelas o capas, halla el volumen de un corte y súmalos
Practica con números nuevos
Lección de volúmenes por discos
En esta página
  1. Ejercicios
  2. Respuestas
  3. Soluciones paso a paso
  4. Errores comunes en estos ejercicios
  5. Sigue practicando

Estos ejercicios de volúmenes de revolución cubren los métodos de discos, arandelas y capas cilíndricas, la rotación alrededor del eje y y la rotación alrededor de rectas que no son ejes. Intenta cada uno primero. Las respuestas van primero para que puedas comprobar rápido, y luego las soluciones completas.

Las tres fórmulas, para rotación alrededor del eje x o del eje y:

\text{Disco: } V = \pi\int_a^b R^2\,dx \qquad \text{Arandela: } V = \pi\int_a^b (R^2 - r^2)\,dx \qquad \text{Capas: } V = 2\pi\int_a^b x\,h(x)\,dx

Para ver dibujos de cada corte, lee la guía de volúmenes de revolución.

Ejercicios

Discos alrededor del eje x

  1. y = \sqrt{x}, 0 \le x \le 4, alrededor del eje x
  2. y = x^2, 0 \le x \le 1, alrededor del eje x
  3. y = \sqrt{9 - x^2}, -3 \le x \le 3, alrededor del eje x
  4. y = \sin x, 0 \le x \le \pi, alrededor del eje x

Arandelas

  1. La región entre y = x e y = x^2, alrededor del eje x
  2. La región entre y = \sqrt{x} e y = x, alrededor del eje x

Alrededor del eje y

  1. La región entre y = x^2, y = 4 y el eje y (x \ge 0), alrededor del eje y, por discos
  2. La región bajo y = x - x^2 en [0, 1], alrededor del eje y, por capas
  3. La región bajo y = x^2 en [0, 2], alrededor del eje y, por capas

Otros ejes

  1. La región entre y = x e y = x^2, alrededor de la recta y = -1
  2. La región entre y = x^2 e y = 1, alrededor de la recta y = 1

Respuestas

Ejercicio Respuesta
1 8\pi
2 \frac{\pi}{5}
3 36\pi
4 \frac{\pi^2}{2}
5 \frac{2\pi}{15}
6 \frac{\pi}{6}
7 8\pi
8 \frac{\pi}{6}
9 8\pi
10 \frac{7\pi}{15}
11 \frac{16\pi}{15}

Soluciones paso a paso

1. Cada corte es un disco de radio \sqrt{x}:

\pi\int_0^4 x\,dx = \pi\cdot 8 = 8\pi

2. El radio es x^2, así que R^2 = x^4:

\pi\int_0^1 x^4\,dx = \frac{\pi}{5}

3. El radio al cuadrado es 9 - x^2:

\pi\int_{-3}^{3}(9 - x^2)\,dx = \pi(54 - 18) = 36\pi

Es una esfera de radio 3, y \frac{4}{3}\pi(3)^3 = 36\pi. Buena comprobación.

4. Usa \sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}:

\pi\int_0^{\pi}\sin^2 x\,dx = \pi\cdot\frac{\pi}{2} = \frac{\pi^2}{2}

5. En [0, 1], la recta y = x está más lejos del eje, así que R = x y r = x^2:

\pi\int_0^1(x^2 - x^4)\,dx = \pi\left(\frac{1}{3} - \frac{1}{5}\right) = \frac{2\pi}{15}

6. En [0, 1], \sqrt{x} \ge x, así que R = \sqrt{x} y r = x:

\pi\int_0^1(x - x^2)\,dx = \pi\left(\frac{1}{2} - \frac{1}{3}\right) = \frac{\pi}{6}

7. Corta en horizontal. A la altura y, el radio es x = \sqrt{y}, así que R^2 = y:

\pi\int_0^4 y\,dy = 8\pi

8. Una capa en x tiene radio x y altura x - x^2:

2\pi\int_0^1 x(x - x^2)\,dx = 2\pi\left(\frac{1}{3} - \frac{1}{4}\right) = \frac{\pi}{6}

9. Una capa en x tiene radio x y altura x^2:

2\pi\int_0^2 x^3\,dx = 2\pi\cdot 4 = 8\pi

Los ejercicios 7 y 9 describen sólidos distintos que casualmente tienen el mismo volumen. El ejercicio 7 es el sólido que llena el cuenco del paraboloide; el ejercicio 9 es el sólido bajo el cuenco, entre el cuenco y el cilindro x = 2. Juntos llenan un cilindro de radio 2 y altura 4, de volumen 16\pi.

10. Mide desde y = -1. El radio exterior es x + 1 y el interior x^2 + 1:

\pi\int_0^1\big[(x + 1)^2 - (x^2 + 1)^2\big]dx = \pi\int_0^1(2x - x^2 - x^4)\,dx = \pi\left(1 - \frac{1}{3} - \frac{1}{5}\right) = \frac{7\pi}{15}

11. La región toca la recta y = 1, así que usa discos. El radio es 1 - x^2, y las curvas se cortan en x = \pm 1:

\pi\int_{-1}^{1}(1 - x^2)^2\,dx = 2\pi\int_0^1(1 - 2x^2 + x^4)\,dx = 2\pi\cdot\frac{8}{15} = \frac{16\pi}{15}

Errores comunes en estos ejercicios

  • Escribir (R - r)^2. En el ejercicio 5, \pi\int(x - x^2)^2\,dx da \frac{\pi}{30}, no \frac{2\pi}{15}. Eleva al cuadrado cada radio por separado.
  • Medir desde el eje equivocado. En el ejercicio 10, los radios son x + 1 y x^2 + 1, no x y x^2.
  • Olvidar el \pi o el 2\pi. Las fórmulas de discos y arandelas empiezan con \pi. La de capas empieza con 2\pi.
  • Mezclar variables. Los cortes horizontales necesitan todo en función de y, incluidos los límites.

Sigue practicando

Para practicar sin límite con sólidos nuevos y corrección al instante, prueba la lección de discos, la lección de arandelas y la lección de secciones transversales. Si una región se extiende hasta el infinito, los ejercicios de integrales impropias muestran cómo tratarla.

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Preguntas frecuentes

¿Cómo se elige entre el método de arandelas y el de capas?

Los dos dan el mismo volumen. Los cortes perpendiculares al eje dan discos o arandelas; los cortes paralelos dan capas cilíndricas. Elige el que tenga funciones y límites más sencillos. Para una región descrita en x que gira alrededor del eje y, las capas suelen evitar despejar x.

¿Qué diferencia hay entre un disco y una arandela?

Un disco es un corte macizo sin agujero, que se usa cuando la región toca el eje. Una arandela tiene un agujero, y se usa cuando hay un hueco entre la región y el eje. El volumen de la arandela es \pi(R^2 - r^2) por el grosor.

¿Cómo se gira alrededor de una recta que no es un eje?

Mide cada radio desde esa recta. Al girar alrededor de y = -1, una curva y = f(x) situada por encima de la recta tiene radio f(x) + 1. El ejercicio 10 lo muestra.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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