practicecalculus
Aplicações da integral

Exercícios de volume de sólidos de revolução, com respostas

11 exercícios de volume de revolução com respostas e resolução completa pelos métodos dos discos, das arruelas e das cascas, incluindo outros eixos.

Aplicações da integral Atualizado 4 min de leitura

Visão geral

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
Exercícios
11, com respostas e resolução completa
Nível
Cálculo 1, Cálculo 2 e AP Calculus, Unidade 8
Você precisa saber
Área entre curvas e integrais definidas
Ideia principal
Fatie o sólido em discos, arruelas ou cascas cilíndricas, encontre o volume de uma fatia e some todas
Pratique com novos números
Lição de volumes por discos
Nesta página
  1. Exercícios
  2. Respostas
  3. Resolução passo a passo
  4. Erros comuns nestes exercícios
  5. Continue praticando

Estes exercícios de volume de revolução cobrem os métodos dos discos, das arruelas e das cascas cilíndricas, a rotação em torno do eixo y e a rotação em torno de retas que não são eixos coordenados. Tente resolver cada um primeiro. As respostas vêm antes para você conferir rápido, depois as resoluções completas.

As três fórmulas, para rotação em torno do eixo x ou do eixo y:

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

Para ver figuras de cada fatia, leia o guia de volumes de revolução.

Exercícios

Discos em torno do eixo x

  1. y = \sqrt{x}, 0 \le x \le 4, em torno do eixo x
  2. y = x^2, 0 \le x \le 1, em torno do eixo x
  3. y = \sqrt{9 - x^2}, -3 \le x \le 3, em torno do eixo x
  4. y = \sin x, 0 \le x \le \pi, em torno do eixo x

Arruelas

  1. A região entre y = x e y = x^2, em torno do eixo x
  2. A região entre y = \sqrt{x} e y = x, em torno do eixo x

Em torno do eixo y

  1. A região entre y = x^2, y = 4 e o eixo y (x \ge 0), em torno do eixo y, por discos
  2. A região abaixo de y = x - x^2 em [0, 1], em torno do eixo y, por cascas
  3. A região abaixo de y = x^2 em [0, 2], em torno do eixo y, por cascas

Outros eixos

  1. A região entre y = x e y = x^2, em torno da reta y = -1
  2. A região entre y = x^2 e y = 1, em torno da reta y = 1

Respostas

Exercício Resposta
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}

Resolução passo a passo

1. Cada fatia é um disco de raio \sqrt{x}:

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

2. O raio é x^2, então R^2 = x^4:

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

3. O quadrado do raio é 9 - x^2:

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

É uma esfera de raio 3, e \frac{4}{3}\pi(3)^3 = 36\pi. Boa conferência.

4. Use \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. Em [0, 1], a reta y = x está mais longe do eixo, então R = x e 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. Em [0, 1], \sqrt{x} \ge x, então R = \sqrt{x} e r = x:

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

7. Fatie na horizontal. Na altura y, o raio é x = \sqrt{y}, então R^2 = y:

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

8. Uma casca em x tem raio x e 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. Uma casca em x tem raio x e altura x^2:

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

Os exercícios 7 e 9 descrevem sólidos diferentes que, por acaso, têm o mesmo volume. O exercício 7 é o sólido que preenche a tigela do paraboloide; o exercício 9 é o sólido abaixo da tigela, entre ela e o cilindro x = 2. Juntos, eles preenchem um cilindro de raio 2 e altura 4, com volume 16\pi.

10. Meça a partir de y = -1. O raio externo é x + 1 e o raio interno é 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. A região encosta na reta y = 1, então use discos. O raio é 1 - x^2, e as curvas se encontram em 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}

Erros comuns nestes exercícios

  • Escrever (R - r)^2. No exercício 5, \pi\int(x - x^2)^2\,dx dá \frac{\pi}{30}, e não \frac{2\pi}{15}. Eleve cada raio ao quadrado separadamente.
  • Medir a partir do eixo errado. No exercício 10, os raios são x + 1 e x^2 + 1, e não x e x^2.
  • Esquecer o \pi ou o 2\pi. As fórmulas dos discos e das arruelas começam com \pi. A fórmula das cascas começa com 2\pi.
  • Misturar variáveis. Fatias horizontais exigem tudo em y, inclusive os limites.

Continue praticando

Para sólidos ilimitados com correção imediata, faça a lição de discos, a lição de arruelas e a lição de seções transversais. Se uma região se estende até o infinito, os exercícios de integrais impróprias mostram como lidar com ela.

Pratique agora

Volumes por arruelas

Resolva problemas reais sobre este tópico com feedback instantâneo, dicas e uma resolução passo a passo para cada resposta. Grátis, sem cadastro para começar.

Praticar esta lição

Perguntas frequentes

Como escolher entre o método das arruelas e o método das cascas?

Os dois dão o mesmo volume. Fatias perpendiculares ao eixo dão discos ou arruelas; fatias paralelas a ele dão cascas. Escolha aquele cujas funções e limites são mais simples. Para uma região descrita em x girando em torno do eixo y, as cascas normalmente evitam ter que isolar x.

Qual é a diferença entre disco e arruela?

Um disco é uma fatia maciça sem furo, usada quando a região encosta no eixo. Uma arruela tem um furo, usada quando há um espaço entre a região e o eixo. O volume da arruela é \pi(R^2 - r^2) vezes a espessura.

Como girar em torno de uma reta que não é um eixo coordenado?

Meça todos os raios a partir dessa reta. Para rotação em torno de y = -1, uma curva y = f(x) acima da reta tem raio f(x) + 1. O exercício 10 mostra isso.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

Criamos lições interativas de cálculo e escrevemos cada página para ser clara e correta. Viu algo errado? Avise e nós corrigimos.