题型一利用微积分基本定理求积分。
例1、求下列定积分:
分析:根据求导数与求原函数互为逆运算,找到被积函数得一个原函数,利用微积分基本公式代入求值。
评注:利用微积分基本定理求定积分的关键是找出的函数。
如果原函数不好找,则可以尝试找出画出函数的图像, 图像为圆或者三角形则直接求其面积。
题型二利用定积分求平面图形的面积。
例2 如图 ,求直线y=2x+3与抛物线y=x所围成的图形面积。
分析:从图形可以看出,所求图形的面积可以转化为一个梯形与一个曲边梯形面积的差,进而可以用定积分求出面积。为了确定出被积函数和积分和上、下限,我们需要求出两条曲线的交点的横坐标。
评注:求平面图形的面积的一般步骤:⑴画图,并将图形分割成若干曲边梯形;⑵对每个曲边梯形确定其存在的范围,从而确定积分上、下限;⑶确定被积函数;⑷求出各曲边梯形的面积和,即各积分的绝对值之和。
关键环节:①认定曲边梯形,选定积分变量;②确定被积函数和积分上下限。
知识小结:几种典型的曲边梯形面积的计算方法:
1)由三条直线x=a、x=b(a<b)、x轴,一条曲线y=(≥0)围成的曲边梯形的面积:
s=,如图1。
2)由三条直线x=a、x=b(a<b)、x轴,一条曲线y=(≤0)围成的曲边梯形的面积:
s=,如图2。
3)由两条直线x=a、x=b(a<b)、两条曲线y=、y=()围成的平面图形的面积:s=,如图3。
题型三解决综合性问题。
例3、在曲线(x≥0)上某一点a处作一切线使之与曲线以及x轴所围的面积为。试求:(1)切点a的坐标;(2)过切点a的切线方程。
分析:设出切点a的坐标,利用导数的几何意义,写出切线方程,然后利用定积分求出所围成平面图形的面积,从而确定切点a的坐标,使问题解决。
评注:本题将导数与定积分联系起来,解题的关键是求出曲线三角形aoc的面积。
定积分的两种非常规用法。
定积分是新课标的新增内容,它不仅为传统的高中数学注入了新鲜血液,还给学生提供了数学建模的新思路、“用数学”的新意识,通常利用定积分可以求平面图形的面积、平面曲线的弧长、旋转体体积、变速直线运动的路程及变力作功等。另外,利用定积分也能求物体所受的力、证明不等式。
一、求物体所受的力。
例1.矩形闸门宽a米,高h米垂直放在水中,上沿与水面平齐,则该闸门所受水的压力f等于。
其中水的密度为kg/m3,g单位是m/s2,
a. b. c. d.
二、利用积分证明不等式。
例3.求证16<<17.
例析定积分的解题功能。
定积分是通过无限分割、近似替代、借助求和再利用极限来达到计算的目的。在此过程中,因为无限分割,所以求和时可以近似替代即“以直代曲”、“以匀速代变速”、“以均匀代非均匀”… 这就是定积分处理问题的基本思想,下面通过具体例子来展示这种思想在解题中的具体体现。
一、求由一条曲线y=f(x)直线所围成平面图形的面积。
例1.求由曲线y= sin x与x轴在区间[0,2π]上所围成图形的面积s.
分析因为y= sin x在[0,π]上的积分为正值,在[π,2π]上的积分为负值,其面积应取绝对值.
二、求由两条曲线和直线所围成图形的面积。
例2.求曲线y=ex ,y=e-x及x=1所围成的图形面积.
分析根据条件作出图形,由曲线方程解出积分上、下限,利用图形确定被积函数,利用定积分求出面积.
三、求变速直线运动的路程。
例3 一点在直线上从时刻t=0(s)开始以速度v=t2-4t+3(m/s)运动,求:
(1)在t=4 s的位置;
(2)在t=4 s运动的路程.
四、变力作功。
例4. 由胡克定律知,把弹簧拉长所需要的力与弹簧的伸长量成正比.现已知1 n的力能使一个弹簧伸长0.01 m,求把弹簧拉长0.1 m所作的功.
五、定积分的综合应用。
例5.已知抛物线y=x2-2x及直线x=0,x=a,y=0围成的平面图形的面积为,求a的值.
分析:根据a的取值的不同分类讨论,通过解方程求解.
略谈定积分的应用。
数学在生活中诞生,在应用中发展;定积分也是如此,它从计算曲边梯形的面积开始到计算曲线的弧长,再求变速直线运动的物体的位移,到后来在几何、物理、力学等都有十分广泛的应用,充分展现了定积分的威力。当然,由于我们目前的基础知识有限,我们可以掌握的应用是有限的,本文在课本的基础上再向同学们介绍一点另外的应用,供学习时参考。
1、求面积。
例1、求由与直线所围成图形的面积。
2、求体积。
例2、将抛物线在第一象限与、所转成的平面图形绕轴旋转一周,求所得旋转体的体积。
3、物体的作功。
例3、一弹簧在弹性限度内,拉伸弹簧所用的力与弹簧伸长的长度成正比,如果的力能使弹簧伸长,求把弹簧从平衡位置拉长(在弹性限度内)时所做的功。
一道定积分问题的多种解法。
计算定积分。
解法一:(利用定积分的定义)
1)分割:把区间等份成个小区间,其长度为,把曲边梯形分成个小曲边梯形,其面积记为。
2)近似代替:用小矩形面积代替小曲边梯形面积,3)作和:。
4)求极限:。
所以。解法二:(利用定积分的几何意义)
所求定积分为由围成的图形的面积。
如图所示,所求定积分即为阴影部分的面积,且面积为。
所以。解法三:(利用微积分基本定理)
用定积分求面积的技巧。
求平面图形的面积是定积分在几何中的重要应用。把求平面图形的面积问题转化为求定积分问题,充分体现了数形结合的数学思想。求解此类题常常用到以下技巧。
一、巧选积分变量。
求平面图形面积时,要注意选择积分变量,以使计算简便。
例1 求抛物线与直线围成的平面图形的面积.
二、巧用对称性。
在求平面图形面积时,注意利用函数的奇偶性等所对应曲线的对称性解题,也是简化计算过程的常用手段。
例2 求由三条曲线所围图形的面积。
三、分割计算。
例3 求由抛物线及其在点和点处两条切线所围成的图形的面积.
用定积分求面积的两个常用公式。
求平面图形围成的面积是定积分重要应用之一,下面介绍求面积的两个常用公式及其应用.
一、两个常用公式。
公式一:由连续曲线y=f(x),直线x=a,x=b与y=0所围成的曲边梯形的面积a为。
a=.特别地,⑴当f(x)≥0时(如图1),a=;
当f(x)≤0时(如图2),a=-;
当f(x)有正有负时(如图3),a=-.
公式二:由连续曲线y=f(x),y=g(x),f(x)≥g(x)及直线x=a,x=b所围成的图形(如图4)的面积a为。
a=.走出定积分运用的误区。
通过定积分与微积分基本定理部分知识的学习,初步了解定积分的概念,为以后进一步学习微积分打下基础.同时体会微积分的产生对人类文化发展的意义和价值,培养学生的创新意识和创新精神.在实际解题中,由于这部分知识的特殊性,经常会由于种种原因出现一些错误,下面结合实际加以剖析.
1.公式应用出错。
微积分基本定理为:一般地,如果是区间[a,b]上的连续函数,并且=,那么=.
2.几何意义出错。
我们知道,当函数在区间[a,b]上恒为正时,定积分的几何意义是以曲线为曲边的曲边梯形的面积.在一般情况下,定积分的几何意义是介于x轴,函数的图象以及直线x=a,x=b之间各部分面积的代数和.
3.实际应用出错。
利用定积分可以用来解决平面几何中的面积问题.其实,除几何方面外,定积分在工程物理等方面的应用也极其广泛,可以用来处理变速直线运动的路程和速度问题,也可以用来解决变力的作功问题等.
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