设单增光滑曲线y=y(x)位于第一象限,当x gt 0时,在区间[0,x]上以y=y(x)为曲边的曲边梯形绕x轴旋转一周所得旋转体积值曲线V(x)与该曲边梯形的面积值S(x)之比为dfrac(3)(5)pi y(x),且曲线y=y(x)过点(1,1),求曲线y=y(x)的方程.
设单增光滑曲线$y=y\left(x\right)$位于第一象限,当$x \gt 0$时,在区间$\left[0,x\right]$上以$y=y\left(x\right)$为曲边的曲边梯形绕$x$轴旋转一周所得旋转体积值曲线$V\left(x\right)$与该曲边梯形的面积值$S\left(x\right)$之比为$\dfrac{3}{5}\pi y\left(x\right)$,且曲线$y=y\left(x\right)$过点$\left(1,1\right)$,求曲线$y=y\left(x\right)$的方程.
题目解答
答案
依题意,$S\left(x\right)=\int_{0}^{x}y\mathrm{d}x$,$V\left(x\right)=\pi \int_{0}^{x}y^{2}\mathrm{d}x$
而$V\left(x\right)$与$S\left(x\right)$之比为$\dfrac{3}{5}\pi y\left(x\right)$,即:
$\pi \int_{0}^{x}y^{2}\mathrm{d}x=\dfrac{3}{5}\pi y\int_{0}^{x}y\mathrm{d}x$
$\therefore $两边对$x$求导,得
$\pi y^{2}=\dfrac{3}{5}\pi \left(y'\int_{0}^{x}y\mathrm{d}x+y^{2}\right)$
由于$y'$显然不等于$0$,因此
$\dfrac{2}{3}\dfrac{y^{2}}{y'}=\int_{0}^{x}y\mathrm{d}x$
两边继续对$x$求导,得
$\dfrac{2}{3}\dfrac{2y\left(y'\right)^{2}-y^{2}y$″}{\left(y'\right)^{2}}=y$
化简得
$2yy$″$=\left(y'\right)^{2}$
令$y'=p$
则$2y\dfrac{dp}{dy}=p$
解得:$p=C_{1}\sqrt{y}$
$\therefore \dfrac{dy}{dx}=C_{1}\sqrt{y}$
$\therefore \sqrt{y}=C_{2}x+C_{3}$
又曲线通过$\left(1,1\right)$
$\therefore C_{2}=1-C_{3}$
$\therefore \sqrt{y}=Cx+\left(1-C\right)$
由于$y \gt 0$,且单增
$\therefore 0 \lt C \lt 1$