Enunciado

Nos exercícios 11 a 19, calcular o volume do sólido delimitado pelas superfícies dadas.

11. x 2 + y 2 = 16 ; z = 2 e x + z = 9 .

Passo 1

Bora começar?!

Então galera, a primeira coisa a fazer aqui é tentar desenhar, certo?

Beleza galera !!

Pelo desenho tá fácil, não está?!

Eu vou optar por fazer da seguinte maneira, calcular o volume do sólido indo de z = 0 até o plano x + z = 9 e subtrais este resultado do volume do sólido indo de z = 0 até z = 2 .

Para o primeiro caso:

0 ≤ z ≤ 9 - x

Em coordenadas cilíndricas:

0 ≤ z ≤ 9 - r . cos ⁡ ( θ )

Para o segundo caso:

0 ≤ z ≤ 2

O raio é o mesmo pelas duas, e delimitado pelo cilindro:

r 2 = 16

r = ± 4

Então:

0 ≤ r ≤ 4

O θ é o ângulo que o ponto pode fazer com o eixo x, na esfera esse ângulo vai de 0 até 360°:

0 ≤ θ ≤ 2 π

Passo 2

Agora que já sabemos os intervalos de integração:

∭ T d V = ∭ T r . d z . d r . d θ

= ∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 9 - r . cos ⁡ ( θ ) d z r . d r d θ - ∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 2 d z r . d r d θ

Vamos começar resolvendo:

∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 9 - r . cos ⁡ θ d z r . d r d θ

Resolvendo a primeira integral:

∫ 0 9 - r . cos ⁡ ( θ ) d z = z = 9 - r . cos ⁡ ( θ )

Sendo assim:

= ∫ 0 2 π ∫ 0 4 9 - r . cos ⁡ ( θ ) r . d r d θ

= ∫ 0 2 π ∫ 0 4 9 r - r 2 . cos ⁡ ( θ ) . d r d θ

Nesta segunda integral teremos:

∫ 0 4 9 r - r 2 . cos ⁡ ( θ ) . d r = 9 r 2 2 - r 3 3 . cos ⁡ ( θ )

No intervalo:

= 9 × 4 2 2 - 4 3 3 . cos ⁡ ( θ )

= 9 × 4 2 2 - 4 3 3 . cos ⁡ ( θ )

= 72 - 64 3 . cos ⁡ ( θ )

Substituindo na última integral:

= ∫ 0 2 π 72 - 64 3 . cos ⁡ ( θ ) d θ

= 72 θ - 64 3 . s en ⁡ ( θ )

No intervalo:

= 144 π - 64 3 . ( sen ⁡ 2 π - sen ⁡ 0 ]

Concluímos a primeira integral:

∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 9 - r . cos ⁡ ( θ ) d z r . d r d θ = 144 π

Passo 3

Agora vamos para a segunda:

∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 2 d z r . d r d θ

Começando por:

∫ 0 2 d z = z = 2

Então:

∫ 0 2 π ∫ 0 4 2 r . d r d θ

Na segunda:

∫ 0 4 2 r . d r = r 2 = 16

Aplicando na última:

∫ 0 2 π 16 d θ = 16 θ = 3 2 π

Então o volume será:

∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 9 - r . cos ⁡ ( θ ) d z r . d r d θ - ∫ 0 2 π ∫ 0 4 ∫ 0 2 d z r . d r d θ

= 144 π - 32 π = 11 2 π

Tranquilinha?!

Resposta

112 π

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