Calcule o volume do sólido obtido pela rotação em torno do eixo x , da região delimitada pelos gráficos das funções:

f x = sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4

g x = 1 - sin ⁡ 2 x

Passo 1

Bora lá galera, força! As funções são feias mas nem tanto! Olha só, a gente quer o volume de um sólido de revolução definido por duas funções. Essa parte em negrito que é o pulo do gato, porque se a gente tivesse funções mais amigáveis, como por exemplo:

Usando o Método dos Discos, o volume seria:

V = ∫ 0 1 π ∙ g x 2   d x - ∫ 0 1 π ∙ f x 2   d x

Isso porque no intervalo de integração, que nada mais é do que os pontos de interseção entre f e g , a função g x está sempre por cima. Se fosse o contrário, o volume seria:

V = ∫ π ∙ f x 2   d x - ∫ π ∙ g x 2   d x

Show, então o que faremos é:

  • Achar os pontos de interseção entre f , g do nosso enunciado
  • Compreender a posição relativa das funções f , g
  • Montar e calcular a integral

Partiu!

Passo 2

Pro primeiríssimo passo, podemos igualar as funções. Saca só:

f x = g x

sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 = 1 - sin ⁡ 2 x

Elevando os dois lados ao quadrado, temos:

sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 = 1 - sin ⁡ 2 x 2

sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 = 1 - 2 sin ⁡ 2 x + sin 2 ⁡ 2 x

Rearrumando isso, encontramos:

17 - x 4 = 1

x 4 = 16

x = ± 2

Limites de integração encontradíssimos! Mas e quanto as posições relativas das funções? Pra isso basta a gente fazer:

f x > g x

Se o resultado for exatamente nosso intervalo de integração, então fazemos tranquilamente:

V = ∫ π ∙ f x 2   d x - ∫ π ∙ g x 2   d x

Bora checar? Pra isso, temos:

sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 > 1 - sin ⁡ 2 x

O que é bem parecido com o que já fizemos anteriormente, trocando só o sinal de = por um de > . Como da outra vez não multiplicamos nada por - 1 , não precisamos nos preocupar com o sinal > mudando de lado e virando < , o que nos permite pular, já que já vimos, para:

x 4 < 16

E olha só galera! Isso aí vai ser verdade exatameeeeente para:

- 2 < x < 2

Que é nosso intervalo de integração! Tá feito, temos tudo pra montar a integral! O volume será:

V = ∫ - 2 2 π ∙ sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 2   d x - ∫ - 2 2 π ∙ 1 - sin ⁡ 2 x 2   d x

Passo 3

Galera, agora é mão na massa, integrar, pegar o resultado, e partir pro abraço. Vamos ter como resultado:

V = ∫ - 2 2 π ∙ sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 2   d x - ∫ - 2 2 π ∙ 1 - sin ⁡ 2 x 2   d x

Esses quadrados aí fizemos ambos no passo anterior, então vamos ter:

V = ∫ - 2 2 π ∙ sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4   d x - ∫ - 2 2 π ∙ 1 - 2 sin ⁡ 2 x + sin 2 ⁡ 2 x   d x

V = π ∙ ∫ - 2 2 sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4   d x - ∫ - 2 2 1 - 2 sin ⁡ 2 x + sin 2 ⁡ 2 x   d x

O que ainda dá pra simplificar mais e virar:

V = π ∙ ∫ - 2 2 sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 - 1 - 2 sin ⁡ 2 x + sin 2 ⁡ 2 x   d x

V = π ∙ ∫ - 2 2 sin 2 ⁡ 2 x - 2 sin ⁡ 2 x + 17 - x 4 - 1 + 2 sin ⁡ 2 x - sin 2 ⁡ 2 x   d x

V = π ∙ ∫ - 2 2 16 - x 4   d x = π ∙ 16 x - x 5 5 x = - 2 x = 2

Aplicando os limites de integração, temos:

V = π ∙ 32 - 32 5 - - 32 + 32 5

E colocando tudo no mesmo denominador:

V = π ∙ 160 - 32 5 - - 160 + 32 5 = π ∙ 128 5 - - 128 5

V = π ∙ 128 5 + 128 5 = 256   π 5

Uhuuul, cabamos!

Resposta

V = 256   π 5

Exercícios de Livros Relacionados

Determine o volume do sólido obtido com a rotação da região limitada por y = x e pelas retas y = 2 e x = 0 em torno Do eixo x .Do eixo y .Da reta y = 2 .Da reta x = 4 .
Volume de um toro. O disco x 2 + y 2 ≤ a 2 gira em torno da reta x = b ( ba ) para gerar um sólido em forma de rosquinha chamado toro. Determine seu volume. (Sugestão: ∫ - a a a 2 - y 2 d y = π a 2 /
42: A região delimitada pelas curvas dadas é girada em torno do eixo especificado. Ache o volume do sólido resultante por qualquer método. x = y - 3 2 ,x = 4 ; em torno de y = 1 .
Por integração, determine o volume do sólido obtido pela rotação da região triangular com os vértices ( 0,0 ) , b , 0 e ( 0 , h ) em torno Do eixo x .Do eixo y .