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体积有限,表面积无限的物体

如图,在平面直角坐标系内,有一个函数$ y=\dfrac{1}{x} $,在区间$ [1,+\infty) $内,将函数曲线绕$ x $轴旋转一圈,即可得到一个体积有限,表面积无限的物体。

如下图,因其形状类似乐器小号,因此该物体被称为托里拆利小号,又称加百利号角

该物体的体积

$$ \large \begin{align*} V &= \pi\int_{1}^{+\infty}y^{2}\mathrm{d}x\\[4mm] &= \pi\int_{1}^{+\infty}\frac{1}{x^{2}}\mathrm{d}x\\[4mm] &=-\frac{\pi}{x}\bigg|_{1}^{+\infty}\\ &=\pi \end{align*} $$

表面积

$$ \large \begin{align*} S &=2\pi\int_{1}^{+\infty}y\sqrt{1+(y')^{2}}\mathrm{d}x\\[4mm] &=2\pi\int_{1}^{+\infty}\frac{1}{x}\sqrt{1+\frac{1}{x^{4}}}\mathrm{d}x\\[4mm] & \geqslant 2\pi\int_{1}^{+\infty}\frac{1}{x}\mathrm{d}x\\[4mm] \end{align*} $$

广义积分$ \displaystyle 2\pi\int_{1}^{+\infty}\frac{1}{x}\mathrm{d}x=+\infty $,发散,因此表面积无限

    
        
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