AMKbook.Net Задачи должны иметь решение
Реклама

Задача №1688

Условие

Вычислить площадь фигуры, ограниченной параболой \(y^2=2px\) и нормалью у ней, наклонённой к оси абсцисс под углом \(135^{\circ}\).

Решение

Для определённости полагаем \(p\gt{0}\), что вполне соответствует знаку параметра в каноническом уравнении параболы. Обозначим \(f(x,y)=y^2-2px\), тогда получим:

\[ y' =-\frac{f'_x(x,y)}{f'_y(x,y)} =-\frac{-2p}{2y} =\frac{p}{y}. \]

Пусть нормаль проведена в точке \((x_0;y_0)\). Угловой коэффициент нормали: \(k=-\frac{1}{y'}=-\frac{y_0}{p}\). Так как угловой коэффициент прямой равен тангенсу угла наклона этой прямой к положительному направлению оси абсцисс, т.е. \(k=\tg{135^{\circ}}=-1\), то получим:

\[ -\frac{y_0}{p}=-1;\; y_0=p. \]

Так как \(y_0=p\), то \(x_0=\frac{y_{0}^{2}}{2p}=\frac{p}{2}\). Нормаль проведена в точке \(\left(\frac{p}{2};p\right)\). Уравнение нормали будет таким:

\[ y-p=-1\cdot\left(x-\frac{p}{2}\right);\; x=-y+\frac{3p}{2}. \]

Найдём точки пересечения нормали и параболы:

\[ \left\{\begin{aligned} & x=\frac{y^2}{2p};\\ & x=-y+\frac{3p}{2}. \end{aligned}\right. \]

Решая данную систему, мы придём к уравнению \(y^2+2py-3p^2=0\), откуда получим \(y_1=p\), \(y_2=-3p\). Таким образом, нормаль пересекает параболу в точках \(\left(\frac{p}{2};p\right)\) и \(\left(\frac{9p}{2};-3p\right)\).

\[ S =\int\limits_{-3p}^{p}\left(-y+\frac{3p}{2}-\frac{y^2}{2p}\right) =\left.\left(-\frac{y^2}{2}+\frac{3py}{2}-\frac{y^3}{6p}\right)\right|_{-3p}^{p} =\frac{16p^2}{3}. \]
Ответ: \(\frac{16p^2}{3}\)
Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №8Применения интеграла
Параграф №1Некоторые задачи геометрии и статики
Задача №2457