METODO
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FORMULA
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METODO DEL DISCO.
Este método consiste en hallar el volumen de un
sólido generado al girar una región R que se encuentra entre dos curvas
como se muestra en la siguiente figura:
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Si giramos una región del plano alrededor de un
eje obtenemos un sólido de revolución. El volumen de este disco de radio R
y de anchura ω es:
Volumen del disco = wR2π
Para ver cómo usar el volumen del disco y para
calcular el volumen de un sólido de revolución general, se hacen n particiones
en la grafica.
Estas divisiones determinan en el sólido n discos
cuya suma se aproxima al volumen del mismo. Teniendo en cuenta que el
volumen de un disco es , la suma de Riemann asociada a la partición, y que
da un volumen aproximado del sólido es:

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Por tanto, recordando la definición de integral
definida de Riemann se obtiene que:

si se toma el eje de revolución verticalmente, se
obtiene una fórmula similar:
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METODO DE LA ARANDELA.
Este método consiste en hallar el volumen de un
sólido generado al girar una región R que se encuentra entre dos curvas
como se muestra en la siguiente figura:

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Sí la región que giramos para formar un sólido
no toca o no cruza el eje de rotación, el sólido generado tendrá un hueco o
agujero. Las secciones transversales que también son PERPENDICULARES AL EJE
DE ROTACIÓN son arandelas en lugar de discos. (Es por esto el nombre del
método). Lo anterior lo podemos apreciar el la figura de abajo.
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Ahora hallemos las dimensiones de la arandela
(Radio exterior R y radio interior r) usando la figura
anterior. El radio exterior (radio más grande) lo determina la función F y
el radio interior (radio más pequeño) lo determina la función g. Como en la
sección anterior (método del disco) hallamos el área de la arandela así:
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El volumen del sólido generado al girar la
región R sobre el eje x( o algún eje paralelo a él) viene
dado por:
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Sí el eje de rotación es el eje y (o
un eje paralelo a el) tiene una expresión análoga a la anterior. Luego
podemos ver que
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es una expresión válida que evalúa el volumen
de un sólido generado al girar una región R sobre el eje y (o algún eje
paralelo a él) con dyc.
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METODO DE LOS CASQUILLOS CILÍNDRICOS.
Ahora vamos a exponer el último método, quizás
el mas potente en comparación a los dos anteriormente vistos; el método de
los casquillos cilíndricos (también se le denomina método de capas).
Antes de trabajar con este método, consideremos
la siguiente figura:
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Tenemos pues una región R acotada por una función
f continua y por las rectas x=a y x=b y se desea hallar el volumen del
sólido generado al girar esta región alrededor del eje y. Usando el método
de las arandelas, tenemos que determinar con la ayuda del segmento trazado.
Sobre R, los radios exterior e interior a saber) y(fr=1y )y(fr=2. ¡Esto era
a lo que queríamos llegar! Ambos radios resultaron ser la misma f. (Hemos
supuesto que en f se pueda la variable independiente), y por tanto no se
puede aplicar el método de Arandelas ni mucho menos el método del Disco.
Luego tenemos que generar una expresión que nos permita hallar el volumen
de este sólido. Como el segmento trazado era PERPENDICULAR al eje de
rotación, consideremos ahora ese mismo segmento pero PARALELO al eje de
rotación (eje y), como se muestra en la siguiente figura:
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Ahora si giramos R alrededor del eje y, se
forma un sólido como se muestra en la siguiente animación.
Área que gira en
torno al eje y
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Para determinar el volumen del sólido, tomamos
un elemento con forma de cilindro (en vez de arandela o disco) con altura h
(longitud del segmento) y radio x (distancia del segmento al eje y).
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El volumen correspondiente viene dado por:

Donde representa el grosor del casquillo (grosor del
segmento). xΔ
Ahora que la suma de todos los volúmenes de los
casquetes cilíndricos tomados del sólido, generan aproximadamente el
volumen del sólido. La altura h del cilindro se
expresa por medio de la función )(xfh=. Por último si
integramos VC con respecto a x obtenemos una expresión
matemática aceptable para el volumen de este sólido, a saber:
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Nota: también representa el grosor del
casquillo. dx
La ecuación anterior es para ejes de rotación
verticales. Para ejes horizontales, reemplazamos x por y
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Para f(y)>0 y c<y<d En los siguientes ejemplos aplicaremos
estas fórmulas y mostraremos su verdadera potencia (ahorro de cálculos).
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