设曲线y=f(x),其中y=f(x)是可导函数,且f(x)>0. 已知曲线y=f(x)与直线y=0,x=1及x=t(t>1)所围成的曲边梯形,绕x轴旋转一周所得的立体体积值是绕曲边梯形面积值的πt倍,求该曲

问题描述:

设曲线y=f(x),其中y=f(x)是可导函数,且f(x)>0.
已知曲线y=f(x)与直线y=0,x=1及x=t(t>1)所围成的曲边梯形,绕x轴旋转一周所得的立体体积值是绕曲边梯形面积值的πt倍,求该曲线方程.


∵曲边梯形的面积为:S=

t1
f(x)dx,
旋转体的体积为:V=π
t1
f2(x)dx

则由题可知:V=πtS,
即:π
t1
f2(x)dx=πt
t1
f(x)dx

化简为:
t1
f2(x)dx=t
t1
f(x)dx

上式两边对t同时求导,得:
f2(t)=
t1
f(x)dx+tf(t)
,①,
①式两边继续求导,得:
2f(t)f′(t)=f(t)+tf′(t)+f(t),
化简可得
(2f(t)-t)f′(t)=2f(t)
而:y=f(t)
继续化简得:
dt
dy
+
1
2y
t=1

这是一阶线性微分方程,其中:P(y)=
1
2y
,Q(y)=1

解之得:t=c•y
1
2
+
2
3
y
,其中C为待定常数
在①式中令t=1,则:f2(1)=0+f(1),
而f(x)>0,
∴f(1)=1
代入t=cy
1
2
+
2
3
y
,得:c=
1
3

t=
1
3
(
1
y
+2y)

所以该曲线方程为:2y+
1
y
−3x=0