Encontre o volume do sólido que resulta quando a região delimitada por
gira em torno da reta
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para encontrar o volume do sólido que resulta quando a região delimitada pelas curvas
e
gira em torno da reta
. Isso envolve o cálculo de volumes por rotação, usando o método dos discos ou anéis (também conhecido como método dos washers). Vamos precisar saber onde essas curvas se intersectam e entender como aplicar o método de integração para encontrar o volume.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar os pontos de interseção entre
e
. Igualando as duas equações:
Portanto, as curvas se interceptam em
e
.
Passo 3
Agora, vamos visualizar a região que está sendo girada. A curva
é uma parábola que se abre para a direita, e
é uma linha reta. Entre
e
,
está à direita de
.
Passo 4
Como estamos girando em torno da reta
, precisamos calcular a distância de cada curva a essa reta. Usaremos o método dos anéis, que envolve integrar a área dos anéis ao longo do intervalo de
a
.
Passo 5
A fórmula para o volume usando o método dos washers é:
Onde:
-
é a distância da curva externa à reta de rotação. -
é a distância da curva interna à reta de rotação.
Passo 6
Vamos identificar
e
. A curva externa é
e a interna é
.
A distância de uma curva
à reta
é
.
Então:
Passo 7
No entanto, precisamos considerar que a distância está sendo medida horizontalmente, já que a rotação é em torno de uma linha horizontal (
). Portanto, ajustamos as fórmulas para refletir o raio vertical.
A fórmula correta para
e
neste caso é:
Passo 8
Substituindo na fórmula do volume:
Mas percebemos que isso cancela, o que indica que precisamos revisar nossa abordagem. Na verdade, a distância horizontal não está sendo considerada corretamente.
Passo 9
Erramos na identificação das funções. A distância horizontal não se aplica aqui, já que a rotação é em torno de uma linha horizontal. Na verdade, devemos usar a diferença entre as funções multiplicada pela distância vertical.
Vamos corrigir:
Passo 10
Agora, vamos calcular a integral:
Expandindo os termos:
Subtraindo:
Integrando termo a termo:
Calculando de 0 a 1:
Convertendo para denominador comum (15):
Como volume não pode ser negativo, tomamos o valor absoluto:
Resposta
O volume do sólido é
.