题目
19.(本题满分12分)设t>0,平面有界区域D由曲线y=sqrt(x)e^-x,x=t,x=2t及x轴围成,D绕x轴旋转一周所得旋转体的体积为V(t),求V(t)的最大值.
19.(本题满分12分)
设t>0,平面有界区域D由曲线$y=\sqrt{x}e^{-x}$,x=t,x=2t及x轴围成,
D绕x轴旋转一周所得旋转体的体积为V(t),求V(t)的最大值.
题目解答
答案
1. **计算旋转体体积**
体积 $V(t)$ 为
\[
V(t) = \pi \int_t^{2t} x e^{-2x} \, dx
\]
使用分部积分法,得
\[
\int x e^{-2x} \, dx = -\frac{x}{2} e^{-2x} - \frac{1}{4} e^{-2x} + C
\]
代入上下限得
\[
V(t) = \pi \left[ -\left( t + \frac{1}{4} \right) e^{-4t} + \left( \frac{t}{2} + \frac{1}{4} \right) e^{-2t} \right]
\]
2. **求导并解临界点**
求导得
\[
V'(t) = \pi t e^{-4t} (4 - e^{2t})
\]
令 $V'(t) = 0$,解得 $t = \ln 2$。
3. **判断最大值**
由导数符号知 $t = \ln 2$ 为最大值点。
4. **计算最大体积**
代入 $t = \ln 2$,得
\[
V(\ln 2) = \frac{\pi (4 \ln 2 + 3)}{64}
\]
**答案:**
\[
\boxed{\frac{\pi (4 \ln 2 + 3)}{64}}
\]