Thomas 11ed , Capítulo 15 , Seção 15.3 , Exercício 30

Índice do Banco de Exercícios de Cálculo 3 -> Integrais duplas na forma polar

Enunciado

Exercício 30

Encontre a altura média do cone simples z acima do disco no plano xy.

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Solução

A figura abaixo ilustra o cone juntamente com o cilindro de mesma base e altura.

[Maple

A altura média é obtida dividindo-se o volume do cone pela área de sua base. Como a área da base é A (área do disco de raio a ), resta apenas calcular o volume do cone.

Para isso, observe primeiro que o cilindro ilustrado acima tem volume igual a Pi*a^2*a (área da base vezes altura). Além disso, o sólido abaixo do cone tem volume igual à integral da função f(x,y) sobre o disco de raio a . Indicando esse disco por D, segue-se então que o volume V do cone é dado por

V

e resta apenas calcular a integral. Esse cálculo, por sua vez, é mais fácil em coordenadas polares, em que o disco D corresponde ao retângulo [0, a ] X [0, 2*Pi ]. Usando essas coordenadas, obtém-se que

Int(Int(sqrt(x^2+y^2),x

onde a integral do lado direito é bem simples de calcular, e vale 2/3*Pi*a^3 . Substituindo esse valor na expressão do volume, segue-se que

V

Finalmente, obtém-se que a altura média Am é igual ao quociente entre o volume V e a área A = Pi*a^2 da base, isto é,

Am


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Karina Lacerda


Publicado em: 19/02/2007
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