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Aula 551 — Volumes pelo método dos discos

50 min

Objetivo geral

Calcular volumes de sólidos de revolução pelo método dos discos, sem esquecer de elevar o raio ao quadrado.

Objetivos específicos

  • Enunciar a fórmula do método dos discos: V=π∫[f(x)]2dx.
  • Identificar a função raio numa região girada em torno de um eixo.
  • Reconhecer que esquecer o quadrado do raio é o erro mais comum nesse método.

Conhecimentos prévios

  • Interpretação geométrica da integral, Aula 538 deste módulo.
  • Volume do cilindro, Módulo 23.

Recursos didáticos

  • Apresentação de slides — Possor_MatAula551_Apresentacao.pptx.
  • Quadro/lousa e material de escrita.
  • Wolfram Alpha e GeoGebra CAS, para verificar integrais e visualizar áreas e sólidos de revolução.

Desenvolvimento da aula

Acolhida e Sondagem de Conhecimentos Prévios

5 min · Ausubel — ativação de subsunçores

O professor pergunta: girando a região sob y=√x, de x=0 a x=4, em torno do eixo x, o volume é π∫[0,4]√x dx?

Problematização Inicial

5 min · Bachelard — obstáculo epistemológico antecipado

Escrever V=π∫[0,4]√x dx no quadro e perguntar se essa é a fórmula correta para o volume do sólido gerado. Obstáculo a nomear (sem resolver ainda): esquecer de ELEVAR AO QUADRADO a função raio ao aplicar a fórmula do método dos discos — cada fatia do sólido é um disco (cilindro fino) de raio f(x) e área π[f(x)]2, não π·f(x); esquecer o quadrado é o erro mais comum nesse método.

Desenvolvimento Conceitual

20 min · Exposição dialogada

Apresentação dos slides 2 a 9: girando a região sob y=f(x) (entre o eixo x e a curva) em torno do eixo x, cada fatia perpendicular ao eixo x é um disco de raio f(x) e área π[f(x)]2 (área do círculo = π×raio2); somando (integrando) essas fatias de área ao longo do intervalo, V=π∫[a,b][f(x)]2dx. Para y=√x de x=0 a x=4: V=π∫[0,4](√x)2dx=π∫[0,4]x dx=π[x2/2] de 0 a 4=π·8=8π. Se alguém esquecesse o quadrado, calcularia π∫[0,4]√x dx=π·(16/3)≈16,76, um valor bem diferente e errado (16π/3 em vez de 8π). Resolvendo a pergunta do Momento 2: não — falta elevar √x ao quadrado; a fórmula correta é π∫[0,4](√x)2dx=π∫[0,4]x dx=8π, não π∫[0,4]√x dx.

Resolução Guiada

10 min · Vygotsky — Zona de Desenvolvimento Proximal

Resolução guiada: calcular coletivamente o volume gerado por y=x2 de x=0 a x=1, girado em torno do eixo x (V=π∫[0,1]x4dx=π/5). Em duplas: calcular o volume gerado por y=3 (uma reta horizontal) de x=0 a x=2, girado em torno do eixo x (V=π∫[0,2]9dx=18π, um cilindro).

Exercícios de Fixação

7 min · Prática independente

Aplicação individual (ou em duplas) da lista de exercícios de fixação (seção 8 deste plano).

Síntese e Fechamento

3 min · Consolidação (fechamento circular)

Retomar a pergunta do Momento 1: não — falta elevar a função raio (√x) ao quadrado; a fórmula correta é V=π∫[0,4](√x)2dx=π∫[0,4]x dx=8π, não π∫[0,4]√x dx (que dá um valor diferente e incorreto).

Avaliação formativa

Ao longo da aula: perguntas rápidas de verificação (Momento 3) e observação direta durante a resolução guiada (Momento 4). Ao final: correção coletiva dos exercícios.

Lista de exercícios

1. Enuncie a fórmula do método dos discos.

Gabarito: V=π∫[a,b][f(x)]2dx.

2. Calcule o volume gerado por y=√x de x=0 a x=4, girado em torno do eixo x.

Gabarito: 8π.

3. Calcule o volume gerado por y=x2 de x=0 a x=1, girado em torno do eixo x.

Gabarito: π/5.

4. Calcule o volume gerado por y=3 de x=0 a x=2, girado em torno do eixo x.

Gabarito: 18π (um cilindro).

5. Encontre o erro: "o volume por discos de y=√x de 0 a 4 é π∫√x dx".

Gabarito: Errado: falta elevar √x ao quadrado; a fórmula correta é π∫(√x)2dx=π∫x dx=8π.