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Sea \( S \) el solido cuya base es el disco centrado en el origen de radio 2 y sus secciones transversales perpendiculares al eje \( X \) son triángulos rectángulos con un cateto sobre su base. El volumen de \( S \) es:

Ask by Weston Mathis. in Colombia
Jan 23,2025

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El volumen del sólido \( S \) es \( \frac{32\pi}{3} \) unidades cúbicas.

Solución

Para encontrar el volumen del sólido \( S \), primero necesitamos determinar la fórmula del volumen de un sólido de revolución. La fórmula general para el volumen de un sólido de revolución es: \[ V = \pi \int_{a}^{b} [f(x)]^2 \, dx \] Donde \( f(x) \) es la función que describe la sección transversal del sólido y \( a \) y \( b \) son los límites de integración. En este caso, la sección transversal del sólido es un triángulo rectángulo con un cateto sobre la base. La función que describe esta sección transversal es la altura del triángulo, que es igual a \( 2x \) ya que el cateto sobre la base es de longitud \( 2x \). Entonces, la fórmula del volumen de \( S \) es: \[ V = \pi \int_{0}^{2} (2x)^2 \, dx \] Ahora, podemos calcular el volumen de \( S \) integrando la función \( (2x)^2 \) desde \( 0 \) hasta \( 2 \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using partial integration formula: \(\pi \times \int_{0}^{2} \left(2x\right)^{2} dx\) - step1: Evaluate the integral: \(\pi \times \frac{32}{3}\) - step2: Multiply: \(\frac{\pi \times 32}{3}\) - step3: Multiply: \(\frac{32\pi }{3}\) El volumen del sólido \( S \) es \( \frac{32\pi}{3} \) unidades cúbicas.

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Para calcular el volumen del sólido \( S \), primero determinamos la base del disco en el plano \( XY \), que está dado por la ecuación \( x^2 + y^2 \leq 4 \). Luego, tomamos un corte perpendicular al eje \( X \) en una posición \( x \) entre \(-2\) y \(2\). En este punto, el radio del disco es \( y = \sqrt{4 - x^2} \). Dado que las secciones transversales son triángulos rectángulos con un cateto en el eje \( Y \) (que tiene longitud \( 2y \)), el área de la sección transversal es: \[ A(x) = \frac{1}{2} \cdot (2y) \cdot y = \frac{1}{2} \cdot 2y^2 = y^2. \] Esto se traduce en: \[ A(x) = 4 - x^2. \] Por lo tanto, el volumen \( V \) del sólido se calcula integrando el área de las secciones transversales a lo largo del eje \( X \): \[ V = \int_{-2}^{2} A(x) \, dx = \int_{-2}^{2} (4 - x^2) \, dx. \] El cálculo de esta integral resulta en: \[ V = \left[ 4x - \frac{x^3}{3} \right]_{-2}^{2} = \left( 4(2) - \frac{(2)^3}{3} \right) - \left( 4(-2) - \frac{(-2)^3}{3} \right) = \left(8 - \frac{8}{3}\right) - \left(-8 + \frac{8}{3}\right). \] Resolviendo: \[ = (8 - \frac{8}{3}) + (8 - \frac{8}{3}) = 16 - \frac{16}{3} = \frac{48 - 16}{3} = \frac{32}{3}. \] Finalmente, el volumen del sólido \( S \) es: \[ V = \frac{32}{3}. \]

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