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例1:曲线 y=x2,y=4 的边界围成的区域如图2所示,如果我们选用垂直窄带,那么它的长度为 4−x2 ,面积为 dA=(4−x2)dx 。整个区域的面积为 ∫22(4−x2)dx=4x−13x3∣∣2−2=(8−83)−(−8+83)=323我们建议大家尽可能使用对称来简化计算。在这种情况下,图像左右对称,所以我们只需计算从 x=0 到 x=2 之间的积分,它是面积的一半,然后乘以2就得到总面积: 2∫20(4−x2)dx=2(4x−13x3)∣∣20=2(8−83)=323正如计算展示的那样,这样做有一个好处,就是一个积分的极限是0。 如果我们决定用水平窄带,那么长度就是右端的 x 值减去左端的x值。即 y√−−y√ ,所以 dA=[y√−(−y√)]dy=2y√dy ,整个面积是 ∫402y√dy=43y3/2∣∣40=323答案跟以前一样,这并不奇怪,但不管这样令人放心。 我们曾经强调过好的图像对理解以及执行这些过程是多么重要。 例2:曲线 y=3−x2,y=x+1 的边界围成的区域如图3所示。通过求解方程可以很快求出交点,利用 y 值相等得 3−x2x2+x−2(x+2)(x−1)x=x+1=0=0=−2,1交点是 (−2,−1),(1,2) 。垂直窄带的长度为 (3−x2)−(x+1)=2−x2−x ,所以区域的面积可以通过求积分 dA=(2−x2−x) 得到,上下限是 −2,1 ∫1−2((2−x2−x)dx=(2x−13x3−12x2)∣∣1−2=(2−13−12)−(−4+83−2)=412在这个问题中,使用水平窄带比较麻烦,因为如果 y2 ,它是从抛物线左半部分到右半部分,这意味着 dA 必须根据 y2 使用不同的公式。 例3:求出曲线 y=cosx,y=sin2x 在区间 0≤x≤π/2 上围成的区域面积。 解:曲线如图4所示,面积由两个阴影部分组成。这个例子的主要特征是曲线互相交叉,所以开始是第一个曲线在上面,然后是第二个。为了求解它,我们首先需要求出交点,这就意味着我们需要求解方程 cosx=sinx 。 cosx=2sinxcosx,sinx=12x=π6据此 dA={(cosx−sin2x)dxfor 0≤x≤π6(sin2x−cosx)dxfor π6≤x≤π2因此所求的面积为 ∫π/60(cosx−sin2x)dx+∫π/2π/6(sin2x−cosx)dx=(sinx+12cos2x)∣∣π/60+(−12cos2x−sinx)∣∣π/2π/6=(12+14−0−12)+(12−1+14+12)=12 |
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