volume tussen bol en kegel

Moderators: dirkwb, Xilvo

Reageer
Berichten: 48

volume tussen bol en kegel

En zou iemand ook het antwoord weten op deze vraag?

D is het gebied onder de bol met straal 1 en middelpunt (0,0,1) en boven kegel z= sqrt(x^2+y^2). Bereken het volume van D.

Ik had gedacht om dit zo te doen:
Afbeelding
ik zou via de symmetrie mij baseren op enkel het eerste octant en dan de uitkomst maal 4 doen.

 
 

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

Er is inderdaad sprake van symmetrie. Nu heb je wel een octant (achtste) van het geheel gekozen, dus je moet ook vermenigvuldigen met acht i.p.v. vier.

Het integrandum is bijna juist. Je hebt één tekenfout gemaakt. Toon anders eens de stappen hoe je er aan bent geraakt, dan kunnen we kijken waar die tekenfout is gebeurd.

Een plot voor maple is ook altijd handig:

bol := sqrt(-x^2-y^2+1^2)+1;

kegel := sqrt(x^2+y^2);

plot3d([bol, kegel], x = -1 .. 1, y = -1 .. 1, view = 0 .. 2*1, style = line);
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

Flisk schreef: Er is inderdaad sprake van symmetrie. Nu heb je wel een octant (achtste) van het geheel gekozen, dus je moet ook vermenigvuldigen met acht i.p.v. vier.

Het integrandum is bijna juist. Je hebt één tekenfout gemaakt. Toon anders eens de stappen hoe je er aan bent geraakt, dan kunnen we kijken waar die tekenfout is gebeurd.

Een plot voor maple is ook altijd handig:

bol := sqrt(-x^2-y^2+1^2)+1;

kegel := sqrt(x^2+y^2);

plot3d([bol, kegel], x = -1 .. 1, y = -1 .. 1, view = 0 .. 2*1, style = line);
Als je het * 8 doet heb je toch te veel? het volume bevindt zich toch enkel boven de z-as en er niet onder?

En mijn redenering:
 
bol: x^2+y^2+(z-1)^2=1

kegel: z=(x^2+y^2)^(1/2)
 
Als ik die functies schets, dan zie ik dat in het eerste octant je regulier gebied van Pi/4 tot Pi/2 gaat (de berekening via de functies lukt me niet; als ik z uit de 2e vergelijking in de eerste plaats dan bekom ik: x^2+y^2=(x^2+y^2) wat ik een nogal rare uitdrukking vind. hopelijk weet jij wel hoe het moet?

nu: volume = bol - kegel

m.a.w. : ((1-x^2-y^2)^(1/2)-1)-(x^2+y^2)^(1/2)
of in poolcoordinaten
(1-r^2)^(1/2)-1-r

en dit dan vermenigvuldigen met r

De grenzen voor r gaan dus van 0 tot 1 en voor theta van Pi.4 tot Pi/2

Ps: als ik het commando in maple geef, krijg ik enkel een lege kubus

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

Je moet de drie lijnen code uitvoeren in maple. Ik heb maple 16 en daar werkt het perfect. Of gecombineerd naar één lijn code:

plot3d([sqrt(-x^2-y^2+1^2)+1, sqrt(x^2+y^2)], x = -1 .. 1, y = -1 .. 1, view = 0 .. 2, style = line, axes = boxed);

Nu willen we een gebied op het xy vlak vinden waarover we kunnen integreren. M.a.w. een gebied waarboven/onder heel Het volume D zich bevindt. Bekijk die plot eens, wat valt je op aan de snijkromme van de kegel en de bol? Projecteer deze eens op het xy vlak. De vergelijking van die projectie ervan kan je vinden door z te elimineren. Dat doe je door beide vergelijkingen om te vormen naar z=... en dan gelijk aan elkaar te stellen. Wat je nu hebt klopt niet, ik denk dat je ergens een vierkantswortel bent vergeten.
 
tommeke12 schreef: nu: volume = bol - kegel
m.a.w. : ((1-x^2-y^2)^(1/2)-1)-(x^2+y^2)^(1/2)
Hier zit een tekenfout, je hebt de vergelijking van de bol niet goed omgevormd naar z.

 
tommeke12 schreef: Als je het * 8 doet heb je toch te veel? het volume bevindt zich toch enkel boven de z-as en er niet onder?
Je wilt over heel het gebied integreren, dus een volledige cirkel voor theta van 0 tot 2pi. Dit heeft weinig te maken met waar het volume zich bevindt. Hiervoor moet je vooral kijken naar het gebied waarover je integreert.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

hoe ik z elimineer
 
vergelijking van de bol: 
 
x^2+y^2+(z-1)^2=1
 
ik steek z van de kegel erin:
 
x^2+y^2+((x^2+y^2)^(1/2)-1)^2=1
 
==> x^2+y^2+x^2+y^2-2*(x^2+y^2)^(1/2)+1=1 ==> 2x^2+2y^2=2*(x^2+y^2)^(1/2)
 
ik weet echt niet wat ik hier verkeerd doe? :s en kan je dat nog eens uitleggen voor die *8? (in maple krijg ik nog altijd een lege kubus)

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

tommeke12 schreef:  2x^2+2y^2=2*(x^2+y^2)^(1/2)
Dit is trouwens juist. Dat is niet hetzelfde als wat je in de vorige post had, want daar was er in het rechterlid geen vierkantswortel. Kwadrateer beide kanten en deel ze daarna door x^2+y^2. Dan krijg je de vergelijking van de rand van je gebied in het xy vlak.

Leg eens uit waarom je denkt dat het 4 moet zijn?

En heb je de tekenfout in het integrandum al gevonden?

Raar dat de maple code niet werkt. Foutmeldingen ofzo? Maakt niet zoveel uit, het is gewoon een plot van beide figuren:
bolkegelvol1.JPG
bolkegelvol1.JPG (27.38 KiB) 809 keer bekeken
Je berekent dus eigelijk het volume van een 'ijsje'. Vanaf bovenaf gekeken:
bolkegelvol2.JPG
bolkegelvol2.JPG (23 KiB) 809 keer bekeken
Plots zijn altijd handig om inzicht in het probleem te krijgen. Het eerste wat ik altijd doe bij zo'n oefening is een plot/tekening maken.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

Als ik het verder uitreken op jouw manier, dan bekom ik:
 
x^2+y^2+(2x^2y^2)/(x^2+y^2)=1. Maar hoe kun je deze functie dan verder vereenvoudigen?
 
en de fout in het integrandum: in plaats van -r moet het +r zijn. 
 
Mijn fout is dat ik met het volume bezig was en zo dacht dat het *4 moet zijn, maar je moet dus enkel kijken naar het integrandum of niet?

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

tommeke12 schreef: x^2+y^2+(2x^2y^2)/(x^2+y^2)=1. Maar hoe kun je deze functie dan verder vereenvoudigen?
Je begin van
\(x^2+y^2=\sqrt{x^2+y^2}\)
, kwadrateer beide leden, maar werk het linkerlid niet uit (dus gewoon haakjes zetten en kwadraat erboven). Deel dan beide leden door x^2+y^2. Je kan trouwens aan de plot al zien wat het gebied zal zijn.
 
tommeke12 schreef: en de fout in het integrandum: in plaats van -r moet het +r zijn. 
Wat heb je nu als integrandum? Ik geraak er niet meer aan uit omdat je er al twee verschillende gepost hebt.

 
tommeke12 schreef: Mijn fout is dat ik met het volume bezig was en zo dacht dat het *4 moet zijn, maar je moet dus enkel kijken naar het integrandum of niet?
Nee niet echt, ik vroeg naar de redenering waarom je 4 had. Op die manier kon ik misschien uitleggen wat er fout ging.

Het gebied op het xy vlak waarover we integreren is een cirkel. Een cirkel loopt van 0 tot 2pi. De integraal die je had gekozen ging van pi/4 tot pi/2. Dat is een achtste van de cirkel.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

\(  
{8}\int_{0}^{1}\int_{\Pi/4}^{\Pi/2}{(1-\sqrt{(1-r^2)} + r)r}{dr}{d{\theta}}
  \)
Dit is de volledige integraal in cilindercoordinaten, maar zou jij weten hoe je deze nu in bolcoordinaten overzet?

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

Het integrandum klopt nog altijd niet. De werkwijze is goed:
tommeke12 schreef: nu: volume = bol - kegel

m.a.w. : ((1-x^2-y^2)^(1/2)-1)-(x^2+y^2)^(1/2)
Maar zoals ik al had gezegd, je maakt een fout bij de vergelijking van de bol. Als je die omschrijft naar z, krijg je niet (1-x^2-y^2)^(1/2)-1.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

Flisk schreef: Het integrandum klopt nog altijd niet. De werkwijze is goed:
Maar zoals ik al had gezegd, je maakt een fout bij de vergelijking van de bol. Als je die omschrijft naar z, krijg je niet (1-x^2-y^2)^(1/2)-1.
 
==>z=(1-x^2-y^2)^(1/2)+1
 
Is het zo ok?

 

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

Inderdaad dat is goed. Die -1 moest een +1 zijn. In andere posts had je ook een minteken voor die vierkantswortel. Maar dat moet dus een plusteken zijn. Je krijgt dan dus:
\(8\int_{0}^{1}\int_{\pi/4}^{\pi/2}{(\sqrt{(1-r^2)}+1 - r)r}d\theta dr\)
Merk op dat dit equivalent is met bijvoorbeeld (zie je waarom?):
\(4\int_{0}^{1}\int_{0}^{\pi/2}{(\sqrt{(1-r^2)}+1 - r)r}d\theta dr\)
 
I.v.m. bolcoördinaten. Dan moet je met een drievoudige integraal werken. Merk op dat:
\(\int_{y_1}^{y_2}\int_{x_1}^{x_2}f_2(x,y)-f_1(x,y)dxdy=\int_{y_1}^{y_2}\int_{x_1}^{x_2}\int_{f_1(x,y)}^{f_2(x,y)}dzdxdy\)
Je krijgt dan dus een driedimensionaal gebied waarover je integreert en je zal dan de x, y en z coördinaten alle drie vervangen door bolcoördinaten. Hoe dat precies werkt vind je waarschijnlijk wel in je cursus terug. Als je er specifieke vragen over hebt, kan ik altijd helpen.
Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Berichten: 48

Re: volume tussen bol en kegel

Flisk schreef: Inderdaad dat is goed. Die -1 moest een +1 zijn. In andere posts had je ook een minteken voor die vierkantswortel. Maar dat moet dus een plusteken zijn. Je krijgt dan dus:
\(8\int_{0}^{1}\int_{\pi/4}^{\pi/2}{(\sqrt{(1-r^2)}+1 - r)r}d\theta dr\)
Merk op dat dit equivalent is met bijvoorbeeld (zie je waarom?):
\(4\int_{0}^{1}\int_{0}^{\pi/2}{(\sqrt{(1-r^2)}+1 - r)r}d\theta dr\)
 
I.v.m. bolcoördinaten. Dan moet je met een drievoudige integraal werken. Merk op dat:
\(\int_{y_1}^{y_2}\int_{x_1}^{x_2}f_2(x,y)-f_1(x,y)dxdy=\int_{y_1}^{y_2}\int_{x_1}^{x_2}\int_{f_1(x,y)}^{f_2(x,y)}dzdxdy\)
Je krijgt dan dus een driedimensionaal gebied waarover je integreert en je zal dan de x, y en z coördinaten alle drie vervangen door bolcoördinaten. Hoe dat precies werkt vind je waarschijnlijk wel in je cursus terug. Als je er specifieke vragen over hebt, kan ik altijd helpen.
Zou je niet snel de oplossing kunnen geven? ik zou dat toch ook graag eens te zien krijgen

Gebruikersavatar
Berichten: 1.264

Re: volume tussen bol en kegel

Een van de makkelijkste voorbeelden van bolcoördinaten is het bepalen van het volume van een bol. Bekijk eens volgende youtube filmpje. Het legt zelfs op een intuïtieve manier uit waarom je bij coördinaatovergang
\(r^2sin(\phi)\)
moet toevoegen aan het integrandum. Als je snapt wat er gebeurt in dat filmpje, zal het misschien duidelijk worden.

Je leest maar niet verder want je, je voelt het begin van wanhoop.

Reageer