UFRJ – Sem Campus – Cálculo 1 – Listas do AVA - Lista 19 – Exercício 6UFRJ, Lista 19 – AVA – Exercício 6
Um toro é gerado pela rotação do círculo ao redor do eixo . Ache o volume delimitado pelo toro.
Passo 1
Para saber o volume que está sendo usado devemos resolver a integral:
Veja bem ,para achar primeiro temos que assumir uma relação entre os raios e , vamos assumir que . Agora vamos isolar o termo do círculo:
Vamos pegar a parte positiva do círculo, e integrar multiplicando o resultado por dois, assim vamos ter as duas partes:
Vamos calcular em função de , assim podemos usar os limites de integração como e , como os valores de e , respectivamente:
Passo 2
Agora vamos fazer substituição, para ficar mais simples, termos o termo , podemos usar a expressão relacionada a ele, pois quando derivarmos vai ficar apenas uma constante:
Derivando:
Vamos também mudar os limite de integração, assim não vai ser preciso voltar para a variável anterior, a gente vai poder só aplicar:
Vamos substituir:
Substituindo o valor de , temos:
Fazendo a mudança de variável , vem:
Prontinho! Agora só precisamos resolver essas duas integrais 😊
Passo 3
Para calcular essaes limites integrais vamos usar a integral indefinida e depois utilizamos o Teorema Fundamental do Cálculo para aplicar os limites de integração.
Com a primeira vamos fazer ums substituição:
Substituindo:
Agora é simples para achar as primitivas da função, vamos usar duas expressões da Tabela de Integrais Indefinidas:
Assim ficamos com:
Não esqueça de voltar para a variável , é só substituir de volta o que você usou no começo:
Passo 4
Bem, com a segunda podemos usar a Regra da Substituição Trigonométrica, vamos fazer uma mudança de variável para encontrar o valor dessa integral, vemos que temos uma expressão da forma , podemos então usar a mudança de variável usando:
Vamos agora achar diferencial de , derivando:
E vamos mudar os limites de integração também:
Substituindo:
Passo 5
Vamos calcular cada uma separadamente:
A primeira é simples, para achar as primitivas da função, vamos usar uma expressão da Tabela de Integrais Indefinidas:
Assim:
Com a segunda vamos fazer uma substituição, pois o cosseno possui uma constante dentro dele:
Derivando:
Vamos substituir:
Agora é fácil achar as primitivas da função, usando duas expressões da Tabela de Integrais Indefinidas:
Aplicando:
Passo 6
Agora vamos juntar tudo:
Não esqueça de voltar para a variável , é só substituir de volta o que você usou no começo:
Pronto, já encontramos a integral indefinida. Perceba que nem seria necessário colocar a constante de integração nesse caso, pois a gente usou a integral indefinida mais como uma ferramenta para calcular a integral. Agora é só calcular a integral definida usando o Teorema Fundamental do Cálculo:
Vamos lá:
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