求底圆半径相等的两个直交圆柱面(求底圆半径相等的两个直交圆 🐛 柱面x2+y2=r2)



1、求底圆半径 🐼 相等的两个直交圆柱面

设两个直交圆柱面的半径为圆柱面 r,相交,于一条直线 🐵 该直线分别为两个圆柱面的轴设直线。在两个圆柱面上的投影为 AB 和 CD,AB 与 CD 垂直。

由于圆柱面半径相等,因此 AB = CD = 2r。

设两个圆柱面沿 AB 轴的 🦈 截面为圆 🐋 形,半径为 R。

由勾 🦋 股定理,有 R^2 = r^2 + (AB/2)^2 = r^2 + r^2 = 2r^2。

🐡 🦅 ,R = r√2。

设两个圆柱面沿 CD 轴的截 🕷 🌷 为圆 🌵 形,半径为 S。

同理 🦊 ,有 🐵 S^2 = r^2 + (CD/2)^2 = r^2 + r^2 = 2r^2。

🐅 🦢 ,S = r√2。

求底圆半 🍁 径相等的两个直交圆柱面的底圆半 🐺 径为 r,侧圆半 🌷 径为 r√2。

2、求底圆半径相等的两个直交 🦁 圆柱面x2+y2=r2

考虑 🌼 两个直交圆柱面:

🐋 🦁 🕊 1: x2 + y2 = r2

🪴 🦟 🌷 2: x2 + z2 = r2

这两个圆柱 🐬 面都与 x 轴正交,并且具有 🐯 相同的半径 r。它,们,相交 r。于 🌸 两个圆其圆心在原点半径为

🌲 底圆 🌹 半径 🦟

为了求得底圆 🐬 的半径,我们考虑圆柱面 1 与 xy 平面 🕷 相交的圆。这个圆的方程为:

x2 + y2 = r2

z = 0

因此 🐎 ,底 🦟 圆的 🍁 半径为:

r? = r

现在考虑圆柱面 🌲 2 与 yz 平面相交的圆。这个圆的方 🪴 程为:

x = 0

y2 + z2 = r2

因此,底圆的半 🐞 🐴 为:

r? = r

因此,两 🪴 个直交圆柱面 x2 + y2 = r2 的,底圆半径相等 🐯 且等于 r。

3、求底圆半径相等的两个直交圆柱面所围立体的表 🌼 面积

设底圆半径为r,两,个圆,柱面的相交线为轴两个底面圆心的连线与轴垂 🕷 直设轴 🌺 长为h。

由于圆柱面相交,则,底面圆心连 🌲 线垂直平分圆柱面轴故圆柱面高为h/2。

两个圆柱面围成的立体包括两个圆 🐵 柱面和两个底面圆 🦁

两个圆柱 🌺 面的侧面积分别 🐦 为:πrh/2

两个底面圆 🐬 🪴 面积分别为 🐧 :πr2

因此,立体表面积 🦟 为:

2πrh/2 + 2πr2

= πrh + 2πr2

= πr(h + 2r)

4、求底 🌲 圆半径相等的两个直交圆柱面所围立体的体积 🐟

设两个直交圆柱 🐛 面半 🐅 径为 🍀 $r$,高分别为 $h_1$ 和 $h_2$。

🦋 $x$ 轴与 🐒 第一个圆柱面的轴重合轴与第,$y$ 二个圆柱面 🐼 的轴重合,则两个圆柱面方程分别为:

$$x^2+z^2=r^2$$

$$y^2+z^2=r^2$$

两圆柱面所围立 🌷 体由以 🐧 下不等式定义:

$$-h_1\leq x\leq h_1$$

$$-h_2\leq y\leq h_2$$

$$-\sqrt{r^2-x^2}\leq z\leq \sqrt{r^2-x^2}$$

$$-\sqrt{r^2-y^2}\leq z\leq \sqrt{r^2-y^2}$$

🦍 此,立 🐘 体体 🐡 积为:

$$\begin{split} V &= 4\int_0^{h_1}\int_0^{\sqrt{r^2-x^2}}\int_{-\sqrt{r^2-x^2}}^{\sqrt{r^2-x^2}} dzdydx \\\ &= 4\int_0^{h_1}\int_0^{\sqrt{r^2-x^2}} 2\sqrt{r^2-x^2} dy dx \\\ &= 4\int_0^{h_1} \left[ 2\sqrt{r^2-x^2} y \right]_0^{\sqrt{r^2-x^2}} dx \\\ &= 4\int_0^{h_1} 2(r^2-x^2) dx \\\ &= 8\left[ r^2x-\frac{x^3}{3} \right]_0^{h_1} \\\ &= \frac{8}{3}(3r^2 h_1-h_1^3) \\\ &=\frac{8}{3}h_1(r^2-h_1^2)\end{split}$$

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