3.1.2. Обчислення довжин плоских дуг

Якщо функція задана явно і має неперервну на похідну, то довжина відповідної плоскої кривої, дорівнює

.

Якщо функція задана параметрично і кожна з координатних функцій має неперервні на похідну, то довжина відповідної плоскої кривої, дорівнює

.

Якщо функція задана в полярній системі координат і має неперервну на похідну, то довжина відповідної плоскої кривої, дорівнює

.

1. (№Д2434) Знайти довжину дуги кривої .

2. (№Д2440) Обчислити довжину кривої .

Параметризацією астроїди, як ми вже бачили (приклад 4 п. 3.1.1), є . Скористаємось симетрією кривої (рис. 3.9), отримаємо

3. (№Д2448) Обчислити довжину лінії .

Скориставшись симетрією даної кардіоїди (рис. 3.10) отримаємо

.

3.1.3. Обчислення об’ємів тіл обертання

Об’єм кільця, утвореного обертанням навколо вісі Ox фігури , , де - неперервні невід’ємні функції, дорівнює

.

Об’єм кільця, утвореного обертанням навколо вісі Oy фігури , , де - однозначна неперервна функція, дорівнює

.

Я

Рис. 2.14. Схема обертання області D навколо вісі абсцис

кщо функція задана параметрично , до того ж функція має неперервну невід’ємну похідну на і , а функція неперервна на , то об’єм тіла, утвореного обертанням криволінійної трапеції навколо вісі Ox, дорівнює

.

1. (№Д2474) Знайти об’єм тіла, що обмежене поверхнею, утвореною обертанням відрізків наступних ліній

   1. навколо вісі Ox, б) навкого вісі Oy.

а

Рис. 2.15. Схема обертання області D навколо вісі ординат

) На рис.3.13. зображено відповідну криволінійну трапецію D, що обертається навколо вісі Ox і схему цього обертання. Об’єм утвореного тіла дорівнює

б) Відповідну криволінійну трапецію і схему обертання навколо вісі Ox зображено на рис. 3.14, а об’єм утвореного тіла дорівнює

2. (Д2480) Знайти об’єм тіла, що обмежене поверхнею, утвореною обертанням відрізків наступних ліній

   1. навколо вісі Ox, б) навколо вісі Oy.

а) При графік циклоїди зображено на рис. 3.7.

б)

Задача 3.1. Обчислити об’єм тіла, утвореного обертанням круга навколо вісі Ox, тобто об’єм тора.

3.2. Застосування означеного інтегралу в економіці

Література [4 c. 315-318]. Вище було зазначено економічний зміст означеного інтегралу, як обсяг продукції, що виготовляється, при відомій функції продуктивності праці. Розглянемо інші приклади застосування інтегралу в економіці.

Якщо припустити, що витрати праці лінійно залежать від часу, а витрати капіталу – експоненціально, то, згідно до функції Кобба-Дугласа, величина суспільного продукту, виробнича функція, залежить від часу і обчислюється за формулою . Тоді об’єм виробництва продукції за років складатиме

.

1. Знайти обсяг продукції, що виготовлено за 4 роки, якщо функція Кобба-Дугласа має вигляд .

Обчислюємо об’єм продукції за наведеною вище формулою:

[ум. од.]

Чисті інвестиції , як похідна за часом від капіталу , обчислюються за такою формулою . Приріст капіталу за період часу від до визначається формулою

.

2. Чисті інвестиції задані функцією . Визначити а) приріст капіталу за років; б) через скільки років приріст капіталу становитиме грош. од.?

а) Згідно до останньої формули

[грош. од].

б) за умовою потрібно знайти таке значення , при якому

, тобто

.

Підставляючи знайдене раніше значення неозначеного інтегралу, отримаємо

,

,

.

Зробимо заміну . Рівняння має корені , . Оскільки змінна додатна, то другий корінь – зайвий. За значенням знаходимо :

роки.

Визначення початкової суми за значенням суми, що отримана після років, при річній відсотковій ставці називається дисконтуванням. Задачі такого роду зустрічаються за необхідності визначення ефективності капіталовкладень.

Нехай - сума, що отримана після років, - початкова сума, що підлягає дисконтуванню. Якщо відсотки прості, то , де ‑ питома відсоткова ставка. Тоді . У випадку складних відсотків , тому .

Нехай прибуток, що поступає щорічно, змінюється в часі і описується функцією і при питній відсотковій ставці відсоток нараховується неперервно. В цьому випадку сума , що підлягає дисконтуванню, за час обчислюється за формулою

.

3. Визначити суму дисконтування за три роки при відсотковій ставці 8%, якщо початкові фінансові вкладення складають 10 млн. грош. од. і планується щорічний приріст капіталу 1 млн. грош. од.

За умови задачі капіталовкладення задаються функцією [млн. грош. од.]. Тоді за формулою дисконтування , звідки

[млн. грош. од.].

Отримане означає, що для одержання однакової суми, що нарощується, через три роки щорічних капіталовкладень від 10 до 13 млн. грош. од. рівносильне одночасним початковим вкладенням 30,5 млн. грош. од. при тій же відсотковій ставці, що нараховується неперервно.

Нехай відома функція , що описує зміну витрат часу на виготовлення виробу в залежності від ступеня освоєння виробництва, де ‑ порядковий номер виробу в партії. Тоді середній час , що витрачається на виготовлення одного виробу в період освоєння від до виробів обчислюється за теоремою про середнє

.

Що стосується функції зміни витрат часу на виготовлення виробів, то частіше за все вона має вигляд , де - витрати часу на перший виріб, - показник виробничого процесу.

З

Рис. 3.15.

адача 3.1. Знайти середній час, що витрачається на освоєння виробів в період освоєння =100 до =121 виробів, покладаючи =600 (хвилин), =0,5.

Досліджуючи криву Лоренца – залежність відсотку прибутків від відсотку населення, що його має, (крива ОВА, рис. 3.15) – ми можемо оцінити ступінь нерівності в розподілі прибутків населення. При рівномірному розподілі прибутків крива Лоренца вироджується в пряму – бісектрису ОА, тому площа фігури ОВА між бісектрисою ОА і кривою Лоренца, віднесена до площі трикутника ОАС (коефіцієнт Джині), характеризує ступінь нерівності у розподілі доходів населення.

4. По даним досліджень у розподілі доходів в одній країні крива Лоренца (рис. 3.15) може бути описана рівнянням , де х – доля населення, у – доля прибутків населення. Обчислити коефіцієнт Джині.

Оскільки , то з рисунку випливає, що коефіцієнт Джині може бути обчислено за формулою . Так як

,

то .

Достатньо високе значення показує на суттєво нерівномірний розподіл прибутків серед населення даної країни.