设曲线,其中是可导函数,且。已知曲线与直线及所围成的曲边梯形绕轴旋转一周所得的立体体积值是该曲边梯形面积值的倍,求该曲线方程。
答案
(取经过 且在 时满足 的正支)
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对任意 ,曲边梯形的面积与旋转体体积分别为
题设 ,故
对上式求导,记 ,得到
令 ,由 得 ,所以 。
再对 求导,得到
令 。又因 且 ,有 ,从而 ,可将 视为 的函数,则
积分得
由 得 ,故
把 换回曲线变量 ,并取经过 的连续正支,曲线方程为
对 该支满足 ,符合由 导出的分支条件。
(取经过 且在 时满足 的正支)
对任意 ,曲边梯形的面积与旋转体体积分别为
题设 ,故
对上式求导,记 ,得到
令 ,由 得 ,所以 。
再对 求导,得到
令 。又因 且 ,有 ,从而 ,可将 视为 的函数,则
积分得
由 得 ,故
把 换回曲线变量 ,并取经过 的连续正支,曲线方程为
对 该支满足 ,符合由 导出的分支条件。