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39 (a) 一条曲线(一个卵形线)由以下公式定义
$$x(\theta) = \cos^4\theta, \quad y(\theta) = \cos^3\theta \sin\theta$$
完成下表,给出 $x$ 和 $y$ 的值,保留两位小数。
| u | 0 | 0.23 | 0.57 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| x | 1.0 | 0.9 | 0.8 | 0.7 | 0.6 | 0.5 |
| y | 0.00 | 0.32 | ||||
| u | /2 | |||||
| x | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.0 | |
| y | 0.00 |
利用这些数据在坐标纸上画出该卵形线。
(b) 证明:将由 (a) 中曲线绕 $x$ 轴旋转所生成的曲面围成的立体(一个卵形体)的体积为 $\pi/15$ 。
(c) 假设 (b) 中生成的卵形体密度均匀,证明其质心位于点 (15/28, 0)。
(d) 证明 (a) 中曲线在点 $(\cos^4\theta, \cos^3\theta \sin\theta)$ 处的切线方程为
$$y = \cos^3\theta \sin\theta$$
$$= (4 \sin^2\theta - 1)(x - \cos^4\theta)/(4 \sin\theta \cos\theta)$$
由此推出曲线的转折点,并证明该卵形线的宽度(即 $y$ 的最大值与最小值之间的距离)为 $3\sqrt{3}/4$ 。
(e) 证明 (a) 部分中曲线在点处的法线 $(\cos^4\theta, \cos^3\theta \sin\theta)$ 的方程为
$$y = \cos^3\theta \sin\theta$$
$$= 4 \sin \theta \cos \theta (x - \cos^4 \theta)/(4 \cos^2 \theta - 3)$$
(f) 当 $\theta$ 取何值时,(e) 中所得曲线的法线通过质心?