定积分及其应用(学习资料)

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定积分的应用面积体积-2022年学习资料

定积分的应用面积体积-2022年学习资料

例1.求由抛物线y2=2x及直线2x+y-2=0所围图形的面积。-→X-y+d---2,-2
y-=2x-2x+y-2=0-X-12-2,-2-求平面因形面积的基本步骤:-1作曲线图形、确定积分变量积分区间;-2求面积微元;-3计算定积分。
当曲边梯形的曲边由参数方程-北=pt-y=feG1ss2),-给出时,曲边梯形的面积为-A-fudioif g&aw-其中t1,t2分别是曲边的起点与终点对应的参数值。
2.设fx、gx是[a,b]上的连续函数,且fx2gx,-求由直线x=a,r=b,和曲线y=fx、y=gx 围-成的平面图形的面积A。-dA=[f x-gxx-1y=8x-A=∫[fcx-gexr-xx+dx
3.py、yy是[c,d]上的连续函数,且py2wy,-求由直线y=C,y=d和曲线x=py、x=yy所围 成的平面图形的面积A。-dA=[py-Ψ y]Wy-x=0y-x=Wy-A-ftoy-Wyldy-X
3.4.5一些物理量的计算-一、质量-例1.设半圆形线材的方程为y=VR2-x2-R<x<R,线-材上点的 x,y处的线密度为P=k-yk为常数,且k>R,-求该线材的质量。-ds-Ox x+dx R-X
二、功-例2.设一锥形贮水池,深15米,口径20米,盛满水,-试问将水全部吸出需作多少功?-10-X-Ax-B
例:求密度均匀(设为p,厚度为H,内外径为-r和R的飞轮绕中心轴转动的转动惯量J以及角速度-为o时的转动动 E.
3.4.6函数的平均值-一、函数的平均值-如何定义连续函数fx在[α ,b]上的平均值呢?-将[a,b]n等 。当n很大时,小区间[;-1,x]的长-度Ax=b-u-i=1,2,Λ ,n很小,由于fxeC[a,b],在小区间[x-1,x]上函数值变化很小,可把fx在-该区间上的取值看作常数∫x,于是∫x在[a,b]上-的

数学(理科) 第二章 第18讲 定积分及其应用举例

数学(理科) 第二章 第18讲 定积分及其应用举例
a 4 x2 dx=____π____. 0
解析:由条件知(1+x)ax+1x6(a>0)的展开式中 x2 的系数为
C26a4=240,解得 a=2.
a 0
4 x2 dx= 2 0
4 x2 dx=14×π×4=π.
A.2 2
B.4 2
C.2
D.4
解析:S=
2 0
(
4x-x3)dx=
2
x
2

1 4
x4

2
=4.故选 D.
0
答案:D
【互动探究】 3.(2015年天津)曲线y=x2与直线y=x所围成的封闭图形 的面积为________.
解析:在同一平面直角坐标系内作出两个函数的图象,解
方程组yy= =xx2, 得两曲线的交点坐标为(0,0), (1,1),由图 D21 可知曲线 y=x2 与直线 y=x
如果物体在变力 F(x)的作用下做直线运动,并且物体沿着
与 F(x)相同的方向从 x=a 移动到 x=b(a<b),那么变力 F(x)所
做的功 W=
b
F (x)dx.
a
1.曲线 y=sin x,y=cos x 与直线 x=0,x=π2所围成的平面
区域的面积为( D )
π
A. 2 (sin x cos x)dx 0
∴b≤a2.概率为
1 a 2da
0
11
=13.
考点 3 定积分在物理方面的应用 例 3:设变力 F(x)作用在质点 M 上,使 M 沿 x 轴正向从 x =1 运动到 x=10,已知 F(x)=x2+1 且方向和 x 轴正向相同, 则变力 F(x)对质点 M 所做的功为________J(x 的单位:m;力的 单位:N).

高等数学第五章定积分及其应用

高等数学第五章定积分及其应用

⾼等数学第五章定积分及其应⽤第五章定积分及其应⽤第⼀节定积分概念1、内容分布图⽰★曲边梯形★曲边梯形的⾯积★变速直线运动的路程★变⼒沿直线所作功★定积分的定义★定积分存在定理★定积分的⼏何意义★定积分的物理意义★例1 ★定积分的近似计算★例2★内容⼩结★课堂练习★习题5-1 ★返回2、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1利⽤定积分的定义计算积分01dx x 2?.讲解注意:例2的近似值.⽤矩形法和梯形法计算积分-102dx ex讲解注意:第⼆节定积分的性质1、内容分布图⽰★性质1-4★性质5及其推论★例1★性质6★例2★例3★性质7★例4★函数的平均值★例5★内容⼩结★课堂练习★习题5-2★返回2、讲解注意:例1⽐较积分值dx e x ?-2和dx x ?-2的⼤⼩.讲解注意:例2估计积分dx xπ+03sin 31的值.讲解注意:例3估计积分dx xxππ/2/4sin 的值.讲解注意:例4设)(x f 可导1)(lim =+∞→x f x 求且,,dt t f tt x x x ?++∞→2)(3sin lim .讲解注意:例5计算纯电阻电路中正弦交流电t I i m ωsin =在⼀个周期上的()功率的平均值简称平均功率.讲解注意:第三节微积分基本公式1、内容分布图⽰★引例★积分上限函数★积分上限函数的导数★例1-2★例3★例4★例5★例6★例7-8 ★例9★例10★例11★例12★例13★例14★内容⼩结★课堂练习★习题5-3★返回2、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1?x tdt dxd 02cos 求[].讲解注意:例2dt e dxdx t ?321求[].讲解注意:例3.)()((3);)()((2);)((1).,)(00sin cos )(?-===x x x x t f dt t x f x F dt t xf x F dt e x F x f 试求以下各函数的导数是连续函数设讲解注意:例4求.1cos 02x dte x t x ?-→讲解注意:设)(x f 在),(+∞-∞内连续0)(>x f .证明函数且,??=xxdtt f dtt t x F 00)()()(在),0(+∞内为单调增加函数.f 例5讲解注意:例6],1[)ln 21()(1上的最⼤值与最⼩在求函数e dt t t x I x ?+=.值讲解注意:例7求.dx x ?12讲解注意:例8求.1dxx ?--12讲解注意:例9设求??≤<≤≤=215102)(x x x x f ?2讲解注意:例10.|12|10-dx x 计算讲解注意:.cos 1/3/22?--ππdx x 计算例11讲解注意:例12求.},max{222?-dx x x讲解注意:例13计算由曲线x y sin =在,0π之间及x .轴所围成的图形的⾯积x =x =A讲解注意:例14?,./5.,362了多少距离问从开始刹车到停车刹车汽车以等加速度到某处需要减速停车速度⾏驶汽车以每⼩时s m a km -=汽车驶过设讲解注意:第四节换元法积分法和分部积分法1、内容分布图⽰★定积分换元积分法★例1★例2★例3★例4★定积分的分部积分法★内容⼩结★课堂练习★习题5-4★返回★例5★例6★例7★例16★例17★例182、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1计算.sin cos /25?πxdx x讲解注意:例2?a0dx 计算.0a >)(-2x 2a讲解注意:例3计算.sin sin 053?π-dx x x讲解注意:例4计算定积分dx x x ++412.2?讲解注意:例5当)(x f 在],[a a -上连续,,,)(x f 为偶函数当当有(1)(2)则 ??-=aaadx x f dx x f 0)(2)()(x f 为奇函数有?-=aa dx x f 0)(.;讲解注意:例6.--+dx e x x x 计算讲解注意:例7计算.11cos 21122?--++dx x xx x讲解注意:例8若)(x f 在]1,0[上连续证明,(1)?=00)(cos )(sin dx x f dx x f ;(2)πππ=)(sin 2)(sin dx x f dx x xf ,由此计算?π+02cos 1sin dx x x x ./2π/2π讲解注意:例9计算.arcsin 0?xdx 1/2讲解注意:例10计算.2cos 10+x xdx/4π讲解注意:例11计算.sin 0?xdx /2π2x讲解注意:例12.1dx e x 计算1/2讲解注意:例13.1)1ln(102++dx x x 求定积分讲解注意:例14-22ln e e dx x x求.讲解注意:例15.,612ln 2x e dt xt 求已知?=-π讲解注意:例16).(,)(13)()(1022x f dx x f x x x f x f 求满⾜⽅程已知? --=讲解注意:例17证明定积分公式xdx I n n n 0--?-??--?-=n n n n n n n n n n ,3254231,22143231π为正偶数.为⼤于1的正奇数./2π/2π??讲解注意:例18?π05.2cos dx x 求讲解注意:第五节定积分的⼏何应⽤1、内容分布图⽰★平⾯图形的⾯积A ★例1 ★例2 ★平⾯图形的⾯积B ★例3 ★例4 ★平⾯图形的⾯积C ★例5 ★平⾯图形的⾯积D★例6 ★例7 ★例8 旋转体★圆锥★圆柱★旋转体★旋转体的体积★例9 ★例 10 ★例 11 ★平⾏截⾯⾯积为已知的⽴体的体积★例 12 ★例 13 ★内容⼩结★课堂练习★习题5-5 ★返回2、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1]1,1[]1,0[2之间的⾯积.和轴上⽅在下⽅与分别求曲线-∈∈=x x x x y讲解注意:例2],1[ln 之间的⾯积.轴上⽅在下⽅与求e x x y =讲解注意:例3.1,1,03所围图形⾯积与直线求=-===x x y x y讲解注意:例44,0,042所围图形⾯积.和直线求由曲线===-=x x y x y讲解注意:例5.2所围成平⾯图形的⾯积与求由抛物线x y x y ==讲解注意:例642,2,所围成图形的⾯积.求由三条直线=-=+=y x y x x y422围成图形的⾯积与求+-==x y x y讲解注意:例8.0cos sin 之间所围图与在和求由曲线π====x x x y x y 形的⾯积讲解注意:例9r 圆锥体的直线、h x =及x 轴围直线连接坐标原点O 及点),(r h P 成⼀个直⾓三⾓形.x 轴旋转构成⼀个底半径为计算圆锥体的体积.h ,将它绕⾼为,的讲解注意:例10.12222y x V V y x by a x 和积轴旋转所得的旋转体体轴和分别绕求椭圆=+讲解注意:例112,22轴旋转⽽成的旋转体的体积.轴和所围成的图形分别绕求由曲线y x x y x y -==讲解注意:例12⼀平⾯经过半径为R 的圆柱体的底圆中⼼计算这平⾯截圆柱体所得⽴体的体积.并与底⾯交成,,⾓讲解注意:例13.的正劈锥体的体积的圆为底、求以半径为h R ⾼位平⾏且等于底圆直径的线段为顶、讲解注意:第六节积分在经济分析中的应⽤1、内容分布图⽰★由边际函数求原经济函数★需求函数★例1★总成本函数★例2★总收⼊函数★例3★利润函数★例4由边际函数求最优问题★例5★例6其它经济应⽤★例7⼴告策略★消费者剩余★例8★国民收⼊分配★例9★返回2、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1),80,(80,4) (,==-='q pp qp格的函数关系.时即该商品的最⼤需求量为且边际需求的函数已知对某商品的需求量是价格求需求量与价讲解注意:例2, 90,2)(0.2 ==ceqCq 求总成本函数.固定成本的函数若⼀企业⽣产某产品的边际成本是产量讲解注意:例310,40),/(2100)(个单位时单位时的总收⼊及平均收⼊求⽣产单位元单位时的边际收⼊为已知⽣产某产品-='q q R q 并求再增加⽣产所增加的总收⼊.讲解注意:例45,10,413)(,225)(0==-='-='q c q q C q q R 时的⽑利和纯利.求当固定成本为边际成本已知某产品的边际收⼊讲解注意:例5吨产品时的边际成本为某企业⽣产q )/30501)(吨元q q C +='(?,900试求产量为多少时平均成本最低元且固定成本为讲解注意:例6q q q C q q R ,1(3)?(2);54(1)),/(/44)(),/(9)(+='-='求总成本函数和利润函数.万元已知固定成本为当产量为多少时利润最⼤万台时利润的变化量万台增加到试求当产量由其中产量万台万元成本函数为万台万元假设某产品的边际收⼊函数为以万台为单位.边际讲解注意:例70.02,10%,,100000,130000)(,.10%,1000000t e t 则决如果新增销售额产⽣的利润超过⼴告投资的美元的⼴告活动对于超过按惯例⾏⼀次类似的总成本为以⽉为单位下式的增长曲线⼴告宣传期间⽉销售额的变化率近似服从如根据公司以往的经验平均利润是销售额的美元某出⼝公司每⽉销售额是美元的⼴告活动.试问该公司按惯例是否应该做此⼴告.1000000公司现在需要决定是否举定做⼴告讲解注意:8例.2,318)(-=CS q q D 并已知需求量为如果需求曲线为个单位试求消费者剩余,表⽰某国某年国民收⼊在国民之间分配的劳伦茨曲线可近似地由讲解注意:第七节⼴义积分1、内容分布图⽰★⽆穷限的⼴义积分★⽆穷限的⼴义积分⼏何解释★例1★例2★例3★例4★例5★例6★⽆界函数的⼴义积分例7★例8★例9★例10★例11★例12★例13★内容⼩结★课堂练习★习题5-7★返回★2、讲解注意:3、重点难点:4、例题选讲:例1?∞+-0.dx e x 计算⽆穷积分讲解注意:例2.sin 0的收敛性判断⽆穷积分∞+xdx讲解注意:例312?∞+∞-+x dx计算⼴义积分讲解注意:例4计算⼴义积分.1sin 12∞+dx x x 2/π讲解注意:例5计算⼴义积分∞+-pt dt e 且0>p 时收敛p 是常数,(). t 0讲解注意:例6证明⼴义积分∞+11dxx p当1>p 时收敛当1≤p 时发散.,讲解注意:例7计算⼴义积分).0(022>-?a x a dxa讲解注意:例8证明⼴义积分11dx x q当1""讲解注意:例9计算⼴义积分.ln 21x dx讲解注意:例10计算⼴义积分.30dx1=x 瑕点)1(2/3-x .讲解注意:例11计算⼴义积分?∞+03+x x dx1().讲解注意:例12.)1(arcsin 10-dx x x x计算⼴义积分讲解注意:例13.11105?∞+++x x x dx 计算⼴义积分讲解注意:。

定积分的应用一-2022年学习资料

定积分的应用一-2022年学习资料

求由连续曲线y=fx,y=gx及x=a,x=b-所围成的平面图形的面积的计算公式为-A=['lfx-gxl x.a<b-类似地,-求由连续曲线x=py,x=y及y=c,y=d-A=∫1p-y1dy.-c<d
例1-求曲线y=x2与直线x+y=2所围成的平面图形的面积.-解-1求积分区间-联立方程组-「y=x-求得 点:A-2,4,B1,1.-积分区间x∈[-2,1].-微分元素dA=[2-x-x2]dx.-3计算面积-可e-wa2-4分
为简便和醒目起见略去下标,将具有代表性的第个-小区间[x-1,x]表示为[x,x+dx],称之为典型小区间 取-5:为区间的左端点x,则有-△A≈fxdx.-通常称fxdx为量A的微分元素或积分元素,记为-dA=f dx.-由量A对区间的可加性取极限过程dx→0(相当于-‖△x→0,将微分元素dA在区间[a,b]上“无限 加”起来-即作定积分就得到量A在区间[α,b]上的值:-A=∫°dA=fxdx.-简言之,我们在这里将定积 解为微分元素的无限剥加.
求由曲线r=rO及射线r=a,r=Ba<B-所围成的平面图形的面积的计算公式为-A=∫2dA=∫2r0d0 该公式也称为极坐标系种曲边扇形的面积公式
求圆r=3cos0与心形线r=1+cos0所围成的-例7-平面图形的面积.-解-由对称性,求出上半部分的面 A,则A=2A-r =3cos 0-1求积分区间联立方程组-∫r=3cos0-2微分元素-当0≤0≤g时, 边为r=1+cos日,dA=号1+cos62d0-0≤7时,曲边为r=3cos0,dA=6cosd8,
例5-求由摆线x=at-sint,y=aI-cost的第一拱-0≤t≤2π与横轴x所围成的平面图形的面积. 解-1求积分区间-x:0→2πa时,t:0→2π.-2求微分元素-2na x-d A=l yldx=a1ostdat-si1-cost2dt-1-2cost+cos'dt-A =3xd.

—定积分的概念与性质-2022年学习资料

—定积分的概念与性质-2022年学习资料

推广性质1知:有限个函数的代数和的定积分等于各-函数的定积分的代数和,即-[fx±f2x士工±fxdx-= d±f.xdr主r±f.xdr-性质2-被积函数的常数因子可以提到积分号外.-[kfxdx =k["fxd -k是常数-性质3如果积分区间[a,b]被分点c分成区间a,c]和[c,b],-则-心fxdr=ifxdr ifxdx-前页-后页-结束
根据定积分的定义,前面所讨论的两个引例就可-以用定积分概念来描述:-曲线fxfx≥0、x轴及两条直线x=a x=b所围-成的曲边梯形面积A等于函数fx在区间α,b]上的定积-分,即-A=广f-前贡-后页-结末
质点在变力Fs作用下作直线运动,由起始位置-a移动到b,变力对质点所做之功等于函数Fs在[α,b]-上的定 分,即-W ="Fsds-如果函数fx在区间[,b]上的定积分存在,则-称函数fx在区间a,b]上可积. 可以证明:若函数fx在区间[α,b]上连续,或只有有-限个第一类间断点,则fx在区间[α,b]上可积.-前 -后页-结束
定积分的几何意义:(P2ss-如果在a,b]上fx≥0,则fxdr在几何上表-示由曲线y=fx,直线x=a x=b及y-x轴所围成的曲边梯形的面积.-如果在a,b]上fx≤0,此时-由曲线y=x,直线x=,x=b及 x轴所围成的曲边梯形位于x轴的-下方,则定积分2fxdx在几何-上表示上述曲边梯形的面积4的相反数.-前贡 后页-结束
将闭区间[a,b]分成n个小区间:-[so,S1],[S1,S2]L,$-1S,],L,[Sm-1Sn]区间的长度-△s,=S:-S;-1i=1,2,L,n-2取近似-在每一个小区间s,-1s]上任取一点乡,把 5做为-质点在小区间上受力的近似值,于是,力F在小区间s,-1,s,]-上对质点所做的功的近似值为-△W: F5△s;i=1,2,L,n-前贡-后页-结末

定积分及其应用

定积分及其应用

第5章 定积分及其应用学习目标理解定积分的概念,掌握定积分的基本性质. 掌握变上限定积分的导数的计算方法.熟练应用牛顿-莱布尼兹公式计算定积分,熟练掌握定积分的换元积分法和分部积分法. 了解定积分在经济管理中的应用,会利用定积分计算平面图形的面积.定积分和不定积分是积分学中密切相关的两个基本概念,定积分在自然科学和实际问题中有着广泛的应用.本章将从实例出发介绍定积分的概念、性质和微积分基本定理,最后讨论定积分在几何、物理上的一些简单应用.5.1 定积分的概念与性质定积分无论在理论上还是实际应用上,都有着十分重要的意义,它是整个高等数学最重要的内容之一.5.1.1实例分析1.曲边梯形的面积在初等数学中,我们已经学会计算多边形和圆的面积,至于任意曲边所围成的平面图形的面积,只有依赖于曲边梯形并利用极限的方法才能得到比较完满的解决.所谓曲边梯形,就是在直角坐标系中,由直线0,,===y b x a x 及曲线)(x f y =所围成的图形,如图5.1(a),(b),(c)都是曲边梯形.现在求0)(≥x f 时,在连续区间],[b a 上围成的曲边梯形的面积A (如图5.1(a),(b)所示),用以往的知识没有办法解决.为了求得它的面积,我们按下述步骤来计算:(1)分割——将曲边梯形分割成小曲边梯形在区间],[b a 内任意插入1-n 个分点:b x x x x x a n n =<<⋅⋅⋅<<<=-1210,把区间(a)],[b a 分成n 个小区间:],[,],[],,[],,[1,12110n n i i x x x x x x x x -- ,第i 个小区间的长度为),,1(1n i x x x i i i ⋅⋅⋅=-=∆-,过每个分点作垂直于x 轴的直线段,它们把曲边梯形分成n 个小曲边梯形(图5.2),小曲边梯形的面积记为),2,1(n i A i ⋅⋅⋅=∆.(2)近似——用小矩形面积近似代替小曲边梯形面积在小区间],[1i i x x -上任取一点),,2,1(n i i ⋅⋅⋅=ξ,作以],[1i i x x -为底,)(i f ξ为高的小矩形,用小矩形的面积近似代替小曲边梯形的面积,则),,2,1()(n i x f A i i i ⋅⋅⋅=∆≈∆ξ.(3)求和——求n 个小矩形面积之和n 个小矩形面积之和近似等于曲边梯形之和A ,即n A A A A ∆+⋅⋅⋅+∆+∆=21n n x f x f x f ∆+⋅⋅⋅+∆+∆≈)()()(2211ξξξi ni i x f ∆=∑=)(1ξ.(4)取极限令{}i ni x ∆=≤≤1max λ,当分点n 无限增多且0→λ时,和式ini ix f ∆∑=)(1ξ的极限便是曲边梯形的面积A ,即i ni i x f A ∆=∑=→)(lim 1ξλ.2.变速直线运动的路程设一物体作变速直线运动,其速度是时间t 的连续函数)(t v v =,求物体在时刻1T t =到2T t =间所经过的路程S .我们知道,匀速直线运动的路程公式是:vt S =,现设物体运动的速度v 是随时间的变化而连续变化的,不能直接用此公式计算路程,而采用以下方法计算:(1)分割——把整个运动时间分成n 个时间段图5.2在时间间隔],[21T T 内任意插入1-n 个分点:21101T t t t t T n n =<<⋅⋅⋅<<=-,把],[21T T 分成n 个小区间:],[,],[],,[],,[1,12110n n i i t t t t t t t t --⋅⋅⋅⋅⋅⋅,第i 个小区间的长度为),,2,1(1n i t t t i i i ⋅⋅⋅=-=∆-第i 个时间段内对应的路程记作),2,1(n i S i ⋅⋅⋅=∆.(2)近似——在每个小区间上以匀速直线运动的路程近似代替变速直线运动的路程 在小区间],[1i i t t -上任取一点),2,1(n i i ⋅⋅⋅=ξ,用速度)(i v ξ近似代替物体在时间],[1i i t t -上各个时刻的速度,则有),,2,1()(n i t v S i i i ⋅⋅⋅=∆≈∆ξ.(3)求和——求n 个小时间段路程之和将所有这些近似值求和,得到总路程的近似值,即n S S S S ∆+⋅⋅⋅+∆+∆=21n i t v t v t v ∆+⋅⋅⋅+∆+∆≈)()()(2211ξξξi ni i t v ∆=∑=)(1ξ.(4)取极限令{}i ni t ∆=≤≤1max λ,当分点的个数n 无限增多且0→λ时,和式ini it v ∆∑=)(1ξ的极限便是所求的路程S .即i ni i t v S ∆=∑=→)(lim 1ξλ从上面两个实例可以看出,虽然二者的实际意义不同,但是解决问题的方法却是相同的,即采用“分割-近似-求和-取极限”的方法,最后都归结为同一种结构的和式极限问题.类似这样的实际问题还有很多,我们抛开实际问题的具体意义,抓住它们在数量关系上共同的本质特征,从数学的结构加以研究,就引出了定积分的概念.5.1.2定积分的概念定义5.1 设函数)(x f 在区间],[b a 上有定义,任取分点b x x x x x a n n =<<⋅⋅⋅<<<=-1210 把区间],[b a 任意分割成n 个小区间],[1i i x x -,第i 个小区间的长度为),,1(1n i x x x i i i ⋅⋅⋅=-=∆-,记{}i ni x ∆=≤≤1max λ.在每个小区间],[1i i x x -上任取一点),,2,1(n i i ⋅⋅⋅=ξ作和式ini ix f ∆∑=)(1ξ,当0→λ时,若极限ini ix f ∆∑=→)(lim1ξλ存在(这个极限值与区间],[b a 的分法及点iξ的取法无关),则称函数)(x f 在],[b a 上可积,并称这个极限为函数)(x f 在区间],[b a 上的定积分,记作⎰b adx x f )(,即⎰b adx x f )(i ni i x f ∆=∑=→)(lim 1ξλ .其中,“)(x f ”称为被积函数,“dx x f )(”称为被积表达式,x 称为积分变量,a 称为积分下限,b 称为积分上限,],[b a 称为积分区间.根据定积分的定义,前面所讨论的两个实例可分别叙述为: ①曲边梯形的面积A 是曲线)(x f y =在区间],[b a 上的定积分.⎰=badx x f A )((0)(≥x f ).②变速直线运动的物体所走过的路程S 等于速度函数)(t v v =在时间间隔],[21T T 上的定积分.⎰=21)(T T dt t v S .关于定积分的定义作以下几点说明:⑴闭区间上的连续函数是可积的;闭区间上只有有限个间断点的有界函数也是可积的. ⑵定积分是一个确定的常数,它取决于被积函数)(x f 和积分区间],[b a ,而与积分变量使用的字母的选取无关,即有⎰⎰=bab adt t f dx x f )()(.⑶在定积分的定义中,有b a <,为了今后计算方便,我们规定:⎰⎰-=baa bdx x f dx x f )()(.容易得到0)(=⎰a adx x f .5.1.3定积分的几何意义设)(x f 是[]b a ,上的连续函数,由曲线)(x f y =及直线0,,===y b x a x 所围成的 曲边梯形的面积记为A .由定积分的定义及5.1.1实例1,容易知道定积分有如下几何意义:(1)当0)(≥x f 时,A dx x f b a =⎰)( (2)当0)(≤x f 时,A dx x f b a-=⎰)((3)如果)(x f 在[]b a ,上有时取正值,有时取负值时,那么以[]b a ,为底边,以曲线)(x f y =为曲边的曲边梯形可分成几个部分,使得每一部分都位于x 轴的上方或下方.这时定积分在几何上表示上述这些部分曲边梯形面积的代数和,如图5.3所示,有321)(A A A dx x f b a+-=⎰其中321,,A A A 分别是图5.3中三部分曲边梯形的面积,它们都是正数.例5.1.1 利用定积分的几何意义,证明21112π=-⎰-dx x .证 令]1,1[,12-∈-=x x y ,显然0≥y , 则由21x y -=和直线1,1=-=x x ,0=y 所围成的曲边梯形是单位圆位于x 轴上方的半圆. 如图5.4所示.因为单位圆的面积π=A ,所以 半圆的面积为2π. 由定积分的几何意义知:21112π=-⎰-dx x .5.1.4定积分的性质由定积分的定义,直接求定积分的值,往往比较复杂,但易推证定积分具有下述性质,其中所涉及的函数在讨论的区间上都是可积的.性质5.1.1 被积表达式中的常数因子可以提到积分号前,即⎰⎰=bab adx x f k dx x kf )()(.性质5.1.2 两个函数代数和的定积分等于各函数定积分的代数和,即[]⎰⎰⎰±=±bab abadx x g dx x f dx x g x f )()()()(.这一结论可以推广到任意有限多个函数代数和的情形. 性质5.1.3(积分的可加性)对任意的点c ,有⎰⎰⎰+=bcc ab adx x f dx x f dx x f )()()(.注意 c 的任意性意味着不论c 是在],[b a 之内,还是c 在],[b a 之外,这一性质均成立.性质5.1.4如果被积函数c c x f (,)(=为常数),则⎰-=b aa b c cdx )(.特别地,当1=c 时,有⎰-=b aa b dx .性质5.1.5(积分的保序性)如果在区间],[b a 上,恒有)()(x g x f ≥,则⎰⎰≥b abadx x g dx x f )()(.性质5.1.6(积分估值定理)如果函数)(x f 在区间],[b a 上有最大值M 和最小值m ,则).()()(a b M dx x f a b m ba-≤≤-⎰性质 5.1.7 (积分中值定理) 如果函数)(x f 在区间],[b a 上连续,则在),(b a 内至少有一点ξ,使得⎰-=b aa b f dx x f ))(()(ξ ),(b a ∈ξ.证 因)(x f 在],[b a 内连续,所以)(x f 在],[b a 内有最大值M 和最小值m , 由性质5.1.6知: ).()()(a b M dx x f a b m b a-≤≤-⎰从而有 .)(1M dx x f a b m b a≤-≤⎰这就说:⎰-b adx x f a b )(1是介于m 与M 之间的一个实数. 由连续函数的介值定理1.10知:至少存在一点),(b a ∈ξ,使得)()(1ξf dx x f ab b a =-⎰.即⎰-=b aa b f dx x f ))(()(ξ ),(b a ∈ξ.注 性质5.1.7的几何意义是:由曲线)(x f y =,直线b x a x ==,和x 轴所围成曲边梯形的面积等于区间],[b a 上某个矩形的面积,这个矩形的底是区间],[b a ,矩形的 高为区间],[b a 内某一点ξ处的函数值)(ξf , 如图5.5所示.显然,由性质5.1.7可得⎰-=b a dx x f ab f )(1)(ξ,)(ξf 称为函数)(x f 在区间],[b a 上的平均值.这是求有限个数的平均值的拓广.性质5.1.8(对称区间上奇偶函数的积分性质) 设)(x f 在对称区间],[a a -上连续,则有 ①如果)(x f 为奇函数,则⎰-=a a dx x f 0)(; ②如果)(x f 为偶函数,则⎰⎰-=a aadx x f dx x f 0)(2)(.例5.1.2 估计定积分dx ex ⎰--112的值.解 设2)(x e x f -=,22)('x xe x f --=,令0)('=x f ,得驻点0=x ,比较0=x 及区间端点1±=x 的函数值,有1)0(0==e f ,ee f 1)1(1==±-.显然2)(x e x f -=在区间]1,1[-上连续,则)(x f 在]1,1[-上的最小值为em 1=,最大值为1=M ,由定积分的估值性质,得22112≤≤⎰--dx e ex . 例5.1.3 比较定积分dx x ⎰102与dx x ⎰13的大小.解 因为在区间]1,0[上,有32x x ≥,由定积分保序性质,得dx x ⎰12dx x ⎰≥13.定积分定积分的原始思想可以追溯到古希腊.古希腊人在丈量形状不规则的土地的面积时,先尽可能地用规则图形(例如矩形和三角形)把要丈量的土地分割成若干小块,并且忽略那些边边角角的不规则的小块.计算出每一小块规则图形的面积,然后将它们相加,就得到土地面积的近似值.后来看来,古希腊人丈量土地面积的方法就是面积思想的萌芽.在十七世纪之前,数学家们没有重视古希腊人的伟大思想,当时流行的方法是不可分量法.这种方法认为面积和体积可以看作是由不可分量的运动产生出来的.这种方法没有包含极限概念,也没有采用代数与算数的方法.因此,不可分量的思想没有取得成功.虽然积分概念未能很好得建立起来,然而,到牛顿那个年代,数学家们已经能够计算许多简单的函数的积分.虽然十三世纪就出现了利用分割区间作和式并计算面积的朦胧思想(奥雷姆,法国数学家).但是建立黎曼积分(即定积分)的严格定义的努力基本上由柯西开始.他比较早地用函数值的和式的极限定义积分(他还定义了广义积分).但是柯西对于积分的定义仅限于连续函数.1854年,黎曼指出了积分的函数不一定是连续的或者分段连续的,从而把柯西建立的积分进行了推广.他把可积函数类从连续函数扩大到在有限区间中具有无穷多个间断点的函数.黎曼给出关于黎曼可积的两个充分必要条件.其中一个是考察函数)(x f 的振幅;另一个充分必要条件就是对于区间],[b a 的每一个划分b x x x a n =≤≤≤= 10,构造积分上和与积分下和:S=i ni ix M∆⋅∑=1s=i ni i x m ∆⋅∑=1其中M i 和m i 分别是函数)(x f 在每个子区间上的最大值和最小值.)(x f 在],[b a 黎曼可积的充分必要条件就是0)(lim 0max =-→∆s S x至今,这个定理仍然经常出现在微积分和数学分析的教科书中.达布(法国数学家)对于黎曼的积分的定义作了推广.他严格地证明了不连续函数,甚至有无穷多个间断点的函数,只要间断点可以被包含在长度可以任意小的有限个区间之内就是可积分的.在牛顿和莱布尼兹之前,微分和积分作为两种数学运算、两种数学问题,是分别加以研究的.虽然有不少数学家已经开始考虑微分和积分之间的联系,然而只有莱布尼兹和牛顿(各自独立地)将微分和积分真正沟通起来,明确地找到了两者之间内在的直接的联系,指出微分和积分是互逆的两种运算.而这正是建立微积分的关键所在.牛顿在1666年发表的著作《流数简论》中,从确定面积率的变化入手,通过反微分计算面积,把面积计算看作是求切线的逆.从而得到了微积分基本定理.在1675年,莱布尼兹就认识到,作为求和过程的积分是微分的逆.他于1675—1676年给出了微积分基本定理)()(a f b f dx dx dfba-=⎰ 并于1693年给出了这个定理的证明.简单直观并且便于应用,是黎曼积分的优点.黎曼积分的缺点主要是理论方面的.一方面,黎曼积分的可积函数类太小.基本上是“分段连续函数”构成的函数类.另一方面,黎曼积分在处理诸如函数级数的逐项积分、重积分的交换积分顺序以及函数空间的完备性这样一些重要的理论问题时,存在许多不可克服的障碍于.是在上一世纪末到本世纪初,一种新的积分理论—勒贝格积分应运而生.它是黎曼积分的推广,勒贝格积分的建立是积分学领域的重大发展.它在很大程度上克服了黎曼积分在理论上遇到的上述困难.勒贝格积分是近代分析数学发展的重要动力和基础.习题5.11.用定积分表示由曲线322+-=x x y 与直线4,1==x x 及x 轴所围成的曲边梯形的面积.2.利用定积分的几何意义,作图证明:(1)⎰=1012xdx (2)20224R x R Rπ=-⎰3.不计算定积分,比较下列各组积分值的大小. (1)dx x ⎰10,dx x ⎰12 (2)dx e x ⎰1,dx e x ⎰-12(3)⎰43ln xdx ,xdx ⎰432ln (4)⎰40cos πxdx , ⎰40sin πxdx4.利用定积分估值性质,估计下列积分值所在的范围. (1)dx e x ⎰10 (2)⎰-2)2(dx x x(3)dx x x⎰+2121 (4)dx x x ⎰--20295 5.试用积分中值定理证明0sin lim 1=⎰++∞→dx xxn n n .5.2 定积分的基本公式定积分就是一种特定形式的极限,直接利用定义计算定积分是十分繁杂的,有时甚至无法计算.本节将介绍定积分计算的有力工具——牛顿—莱布尼兹公式.5.2.1变上限定积分定义5.2 设函数)(x f 在区间],[b a 上连续,对于任意],[b a x ∈,)(x f 在区间],[x a 上也连续,所以函数)(x f 在],[x a 上也可积.显然对于],[b a 上的每一个x 的取值,都有唯一对应的定积分⎰x adt t f )(和x 对应,因此⎰xadt t f )(是定义在],[b a 上的函数.记为⎰=Φxadt t f x )()(,],[b a x ∈.称)(x Φ叫做变上限定积分,有时又称为变上限积分函数.变上限积分函数的几何意义是: 如果0)(>x f ,对][b a ,上任意x ,都对应唯一一个曲边梯形的面积)(x Φ, 如图5.6中的阴影部分.因此变上限 积分函数有时又称为面积函数.函数)(x Φ具有如下重要性质.定理 5.1 如果函数)(x f 在区间],[b a 上连续,则⎰=Φx adt t f x )()(在],[b a 上可导,且)()()()(b x a x f dt t f dxd x xa ≤≤==Φ'⎰.证 给定函数)(x Φ的自变量x 的改变量x ∆,函数)(x Φ有相应的改变量∆Φ.则⎰⎰⎰∆+∆+=-=Φ-∆+Φ=∆Φx x xx ax x adt t f dt t f dt t f x x x )()()()()(.由定积分的中值定理,存在),(),(x x x x x x ∆+∆+∈或ξ,使x f dt t f x x x∆=⎰∆+)()(ξ成立.所以)()(lim )(lim )(lim lim)()(000x f f f xxf x x x f x x x x 连续ξξξξ→→∆→∆→∆==∆∆=∆∆Φ=Φ'.由定理 5.1可知,如果函数)(x f 在区间],[b a 上连续,则函数⎰=Φx adt t f x )()(就是)(x f 在区间],[b a 上的一个原函数.由定理5.1我们有下面的结论.定理5.2(原函数存在定理) 如果)(x f 在区间],[b a 上连续,则它的原函数一定存在,且其中的一个原函数为⎰=Φxadt t f x )()(.注 这个定理一方面肯定了闭区间],[b a 上连续函数)(x f 的一定有原函数(解决了第四章第一节留下的原函数存在问题),另一方面初步地揭示积分学中的定积分与原函数之间的联系.为下一步研究微积分基本公式奠定基础.例5.2.1 计算tdt e dx d x tsin 0⎰-. 解 tdt e dx d x t sin 0⎰-=]sin [0'⎰-tdt e x t =x e xsin -. 例5.2.2 求⎰+→xx dt t x020)1ln(1lim .解 当0→x 时,此极限为00型不定式,两次利用洛必塔法则有⎰+→x x dt t x20)1ln(1lim =2)1ln(limx dt t x x ⎰+→ =xx x 2)1ln(lim0+→=211lim 0x x +→=21例5.2.3 求dt t dx d x )1(212+⎰. 解 注意,此处的变上限积分的上限是2x ,若记2x u =,则函数dt t x )1(212+⎰可以看成是由dt t y u)1(12+=⎰与2x u =复合而成,根据复合函数的求导法则得dt t dx d x )1(212+⎰=dxdu dt t du d u ])1([12+⎰=x u 2)1(2+ =x x 2)1(4+=x x 225+.一般地有,如果)(x g 可导,则)()]([])([])([)()(x g x g f dt t f dt t f dxd x x g a x g a '='=⎰⎰. 上式可作为公式直接使用.例5.2.4 求极限402sin limx tdt x x ⎰→.解 因为0lim 4=→x x ,⎰⎰==→20000sin sin limx x tdt tdt ,所以这个极限是0型的未定式,利用洛必塔法则得42sin limx tdt x x ⎰→=32042sin lim x x x x ⋅→=2202sin lim x x x → =220sin lim 21xx x → =21.5.2.2微积分基本公式定理5.3 如果函数)(x f 在区间],[b a 上连续,且)(x F 是)(x f 的任意一个原函数,那么⎰-=b aa Fb F dx x f )()()(.证 由定理5.2知,⎰=Φx adt t f x )()(是)(x f 在区间],[b a 的一个原函数,则)(x Φ与)(x F 相差一个常数C ,即C x F dt t f x a+=⎰)()(.又因为C a F dt t f a a+==⎰)()(0,所以)(a F C -=.于是有)()()(a F x F dt t f x a -=⎰. 所以⎰-=b aa Fb F dx x f )()()(成立.为方便起见,通常把)()(a F b F -简记为ba x F )(或b a x F )]([,所以公式可改写为)()()()(a F b F x F dx x f b a b a-==⎰上述公式称为牛顿—莱布尼兹(Newton-Leibniz )公式,又称为微积分基本公式. 定理5.3揭示了定积分与被积函数的原函数之间的内在联系,它把求定积分的问题转化为求原函数的问题.确切地说,要求连续函数)(x f 在],[b a 上的定积分,只需要求出)(x f 在区间],[b a 上的一个原函数)(x F ,然后计算)()(a F b F -就可以了.例5.2.5 计算dx x ⎰102.解 因为C x dx x +=⎰3231,所以 dx x ⎰12=10331x =33031131⨯-⨯=31. 例5.2.6 求dx e e xx⎰-+111. 解 dx e e xx ⎰-+111=⎰-++111)1(x xe e d =11)1ln(-+x e =)1ln()1ln(1-+-+e e =1.例5.2.7 求dx x ⎰--312.解 根据定积分性质5.1.3,得dx x ⎰--312=⎰⎰⎰⎰---+-=-+-21322132)2()2(|2||2|dx x dx x dx x dx x=322212)221()212(x x x x -+--=2129+=5.例5.2.8 求极限.)321(lim 4333nn n ++++∞→ 解 根据定积分定义,得.4141)(1lim )321(lim 14110334333====++++∑⎰=∞→∞→x dx x n i n n n n i n n牛顿与莱布尼兹牛顿(Newton ,Isaac ,1643~1727)英国物理学家,数学家,天文学家.经典物理学理论体系的建立者.莱布尼兹(Gottfriend Wilhelm Leibniz,1646-1716)是17、18世纪之交德国最重要的数学家、物理学家和哲学家,一个举世罕见的科学天才.他博览群书,涉猎百科,对丰富人类的科学知识宝库做出了不可磨灭的贡献.微积分创立的优先权,数学上曾掀起了一场激烈的争论.实际上,牛顿在微积分方面的研究虽早于莱布尼兹,但莱布尼兹成果的发表则早于牛顿.莱布尼兹在1684年10月发表的《教师学报》上的论文,“一种求极大极小的奇妙类型的计算”,在数学史上被认为是最早发表的微积分文献.牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》的第一版和第二版也写道:“十年前在我和最杰出的几何学家G 、W 莱布尼兹的通信中,我表明我已经知道确定极大值和极小值的方法、作切线的方法以及类似的方法,但我在交换的信件中隐瞒了这方法,……这位最卓越的科学家在回信中写道,他也发现了一种同样的方法.他并诉述了他的方法,它与我的方法几乎没有什么不同,除了他的措词和符号而外.”(但在第三版及以后再版时,这段话被删掉了.)因此,后来人们公认牛顿和莱布尼兹是各自独立地创建微积分的.牛顿从物理学出发,运用集合方法研究微积分,其应用上更多地结合了运动学,造诣高于莱布尼兹.莱布尼兹则从几何问题出发,运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则,其数学的严密性与系统性是牛顿所不及的.莱布尼兹认识到好的数学符号能节省思维劳动,运用符号的技巧是数学成功的关键之一.因此,他发明了一套适用的符号系统,如,引入dx 表示x 的微分,∫表示积分,等等.这些符号进一步促进了微积分学的发展.1713年,莱布尼兹发表了《微积分的历史和起源》一文,总结了自己创立微积分学的思路,说明了自己成就的独立性.你知道为什么称为牛顿---莱布尼兹公式了吧!习题5.21.求下列函数的导数: (1)dt t x F x ⎰+=021)( (2)dt ttx F x a⎰=2sin )( (3) dt e t x F xt⎰-=12)( (4)tdt x F x x⎰-=22cos )(2.求下列函数的极限:(1)xtdt x x ⎰→020cos lim(2)211)1()1(lim--⎰→x dtt t x x(3)2arctan limxtdt x x ⎰→ (4)2)11(limxdtt t x x ⎰--+→3.求函数⎰-=xdt t t x F 0)2()(在区间]3,1[-上的最大值和最小值.4.求由曲线x x y 22+-=与直线2,0==x x 及x 轴所围成的曲边梯形的面积. 5.求下列定积分的值: (1)dx x x )1(212-+⎰(2)dx x x )2(21+⎰(3)dx x x⎰+2021 (4)dx x ⎰211(5)dx x ⎰πcos (6)dx e x⎰225.3 定积分的积分法在第四章我们学习了用换元积分法和分部积分法求已知函数的原函数.把它们稍微改动就是定积分的换元积分法和分部积分法.但最终的计算总是离不开牛顿-莱布尼兹公式.5.3.1定积分的换元积分法定理5.4 设函数)(x f 在区间],[b a 上连续,并且满足下列条件: (1))(t x ϕ=,且)(αϕ=a ,)(βϕ=b ;(2))(t ϕ在区间],[βα上单调且有连续的导数)(t ϕ'; (3)当t 从α变到β时,)(t ϕ从a 单调地变到b . 则有⎰⎰'=b adt t t f dx x f βαϕϕ)()]([)(上述公式称为定积分的换元积分公式.在应用该公式计算定积分时需要注意以下两点: ①从左到右应用公式,相当于不定积分的第二换元法.计算时,用)(t x ϕ=把原积分变量x 换成新变量)(t ϕ,积分限也必须由原来的积分限a 和b 相应地换为新变量t 的积分限α和β,而不必代回原来的变量x ,这与不定积分的第二换元法是完全不同的.②从右到左应用公式,相当于不定积分的第一换元法(即凑微分法).一般不用设出新的积分变量,这时,原积分的上、下限不需改变,只要求出被积函数的一个原函数,就可以直接应用牛顿—莱布尼兹公式求出定积分的值.例5.3.1 求dx xx ⎰+301.解 令t x =+1,则12-=t x ,tdt dx 2=,当0=x 时,1=t ,当3=x 时,2=t ,于是dx xx ⎰+301=tdt t t 21212⋅-⎰=dt t ⎰-212)1(2=213]31[2t t -=38 例5.3.2 求xdx x sin cos 203⎰π.解法一设x t cos =,则xdx dt sin -=,当0=x 时,1=t ;当2π=x 时,0=t ,于是xdx x sin cos 203⎰π=)(013dt t -⋅⎰=dt t ⎰103=104]41[t =41. 解法二xdx x sin cos 203⎰π=x xd cos cos 203⎰-π=204]cos 41[πx -=41. 解法一是变量替换法,上下限要改变;解法二是凑微分法,上下限不改变. 例5.3.3 求dx e x ⎰-2ln 01.解 令t e x =-1,则)1l n (2t x +=,dt t tdx 212+=,当0=x 时,0=t ;当2ln =x 时,1=t ,于是dx e x⎰-2ln 01=dt t t t ⎰+⋅10212=dt t t ⎰+102212=dt t )111(2102⎰+- =10]arctan [2t t -=22π-.例5.3.4 设)(x f 在区间],[a a -上连续,证明: (1)如果)(x f 为奇函数,则⎰-=a a dx x f 0)(; (2)如果)(x f 为偶函数,则⎰⎰-=a aadx x f dx x f 0)(2)(.这结论是定积分的性质5.1.8,下面我们给出严格的证明.证 由定积分的可加性知x d x f x d x f x d x f aaaa⎰⎰⎰+=--00)()()(,对于定积分⎰-0)(adx x f ,作代换t x -=,得⎰-0)(a dx x f =⎰--0)(adt t f =⎰-adt t f 0)(=⎰-adx x f 0)(, 所以⎰⎰⎰-+-=aaaadx x f dx x f dx x f 0)()()(=⎰-+adx x f x f 0)]()([(1)如果)(x f 为奇函数,即)()(x f x f -=-,则0)()()()(=-=-+x f x f x f x f , 于是⎰-=aadx x f 0)(.(2)如果)(x f 为偶函数,即)()(x f x f =-,则)(2)()()()(x f x f x f x f x f =+=-+,于是⎰⎰-=aaadx x f dx x f 0)(2)(.例5.3.5 求下列定积分: (1)dx xx x ⎰-+33421sin (2)dx x x 22224-⎰- 解 (1)因为被积函数421sin )(x xx x f +=是奇函数,且积分区间]3,3[-是对称区间,所以dx x xx ⎰-+33421sin =0.(2)被积函数224)(x x x f -=是偶函数,积分区间]2,2[-是对称区间,所以dx x x 22224-⎰-=dx x x 22242-⎰,令t x sin 2=,则tdt dx cos 2=,t x cos 242=-, 当0=x 时,0=t ;当2=x 时,2π=t ,于是dx x x22224-⎰-=tdt t ⎰2022cos sin 162π=tdt 2sin 8202⎰π=dt t ⎰-20)4cos 1(4π=20)4sin 4(πt t -=π2. 2.分部积分法定理5.5 设函数)(x u u =和)(x v v =在区间],[b a 上有连续的导数,则有)()()]()([)()(x du x v x v x u x dv x u bab aba⎰⎰-=.上述公式称为定积分的分部积分公式.选取)(x u 的方式、方法与不定积分的分部积分法完全一样.例5.3.6 求⎰21ln xdx x .解⎰21ln xdx x =⎰212)(ln 21x xd =)(ln 21ln 21212212x d x x x ⎰-=⎰-21212ln 2xdx =212412ln 2x -=432ln 2-.例5.3.7 求⎰πsin xdx x .解⎰πsin xdx x =⎰-πcos x xd =⎰+-ππ0cos cos xdx x x=ππ0sin x +=π.例5.3.8 求dx e x ⎰10.解 令t x =,则2t x =,tdt dx 2=,当0=x 时,0=t ;当1=x 时,1=t .于是dx e x⎰10=dt te t⎰12=⎰12ttde =dt e tet t ⎰-11022=1022t ee -=222+-e e =2.此题先利用换元积分法,然后应用分部积分法.习题 5.31.求下列定积分的值: (1)dx x xe ⎰+1ln 1 (2)dx x x ⎰-1021(3)dx e x x12121⎰ (4)⎰++3011x dx (5)⎰+6413xx dx (6)dx xx ⎰-1011(7)dx e x x 2202⎰ (8)⎰1arctan xdx(9)⎰-+10)1ln(e dx x (10)xdx e x cos 202⎰π2.求下列定积分:(1)dx x x x x )cos sin 3(2112++⎰- (2)dx x x xx ⎰-++11242312sin (3)dx ax x a a⎰-+222 (4)dx xx ⎰--+1121sin 15.4 定积分的应用由于定积分的概念和理论是在解决实际问题的过程中产生和发展起来的,因而它的应用非常广泛.问题1 在机械制造中,某凸轮横截面的轮廓线是由极坐标方程)cos 1(θ+=a r)0(>a 确定的,要计算该凸轮的面积和体积.问题2 修建一道梯形闸门,它的两条底边各长6m 和4m ,高为6m,较长的底边与水面平齐,要计算闸门一侧所受水的压力.为了解决这些问题,下面先介绍运用定积分解决实际问题的常用方法——微元法,然后讨论定积分在几何和物理上的一些简单应用.读者通过这部分内容的学习,不仅要掌握一些具体应用的计算公式,而且还要学会用定积分解决实际问题的思想方法.5.4.1定积分应用的微元法为了说明定积分的微元法,我们先回顾求曲边梯形面积A 的方法和步骤:(1)将区间],[b a 分成n 个小区间,相应得到n 个小曲边梯形,小曲边梯形的面积记为i A ∆),2,1(n i =;(2)计算i A ∆的近似值,即i i i x f A ∆≈∆)(ξ(其中],[,11i i i i i i x x x x x --∈-=∆ξ);(3)求和得A 的近似值,即ini ix f A ∆≈∑=1)(ξ;(4)对和取极限得⎰∑=∆==→b aini idx x f x f A )()(lim1ξλ.下面对上述四个步骤进行具体分析:第(1)步指明了所求量(面积A )具有的特性:即A 在区间],[b a 上具有可分割性和可加性.第(2)步是关键,这一步确定的i i i x f A ∆≈∆)(ξ是被积表达式dx x f )(的雏形.这可以从以下过程来理解:由于分割的任意性,在实际应用中,为了简便起见,对i i i x f A ∆≈∆)(ξ省略下标,得x f A ∆≈∆)(ξ,用],[dx x x +表示],[b a 内的任一小区间,并取小区间的左端点x 为ξ,则A ∆的近似值就是以dx 为底,)(x f 为高的小矩形的面积(如图5.7阴影部分),即dx x f A )(≈∆.通常称dx x f )(为面积元素,记为dx x f dA )(=.将(3),(4)两步合并,即将这些面积元素在],[b a 上“无限累加”,就得到面积A .即⎰=badx x f A )(.一般说来,用定积分解决实际问题时,通常按以下步骤来进行:图5.7(1)确定积分变量x ,并求出相应的积分区间],[b a ;(2)在区间],[b a 上任取一个小区间],[dx x x +,并在小区间上找出所求量F 的微元dx x f dF )(=;(3)写出所求量F 的积分表达式⎰=b adx x f F )(,然后计算它的值.利用定积分按上述步骤解决实际问题的方法叫做定积分的微元法. 注 能够用微元法求出结果的量F 一般应满足以下两个条件: ①F 是与变量x 的变化范围],[b a 有关的量;②F 对于],[b a 具有可加性,即如果把区间],[b a 分成若干个部分区间,则F 相应地分成若干个分量.5.4.2定积分求平面图形的面积1.直角坐标系下面积的计算(1)由曲线)(x f y =和直线0,,===y b x a x 所围成曲边梯形的面积的求法前面已经介绍,此处不再叙述.(2)求由两条曲线)(),(x g y x f y ==,))()((x g x f ≥及直线b x a x ==,所围成平面的面积A (如图5.8所示).下面用微元法求面积A . ①取x 为积分变量,],[b a x ∈.②在区间],[b a 上任取一小区间],[dx x x +,该区间上小曲边梯形的面积dA 可以用高)()(x g x f -,底边为dx 的小矩形的面积近似代替,从而得面积元素dx x g x f dA )]()([-=.③写出积分表达式,即⎰-=badx x g x f A )]()([.⑶求由两条曲线)(),(y x y x ϕψ==,))()((y y ϕψ≤及直线d y c y ==,所围成平 面图形(如图5.9)的面积.这里取y 为积分变量,],[d c y ∈, 用类似 (2)的方法可以推出:⎰-=dcdy y y A )]()([ψϕ.例5.4.1 求由曲线2x y =与22x x y -= 所围图形的面积.解 先画出所围的图形(如图5.10)由方程组⎩⎨⎧-==222xx y x y ,得两条曲线的交点为图5.8图5.9)1,1(),0,0(A O ,取x 为积分变量,]1,0[∈x .由公式得dx x x x A )2(122⎰--=1032]32[x x -=31=.例5.4.2 求曲线x y 22=与4-=x y 所围图形的面积. 解 画出所围的图形(如图5.11).由方程组⎩⎨⎧-==422x y xy 得两条曲线的交点坐标为)4,8(),2,2(B A -,取y 为积分变量,]4,2[-∈y .将两曲线方程分别改写为4212+==y x y x 及得所求面积为 dy y y A ⎰--+=422)214(4232)61421(--+=y y y 18=. 注 本题若以x 为积分变量,由于图形在]8,2[]2,0[和两个区间上的构成情况不同,因此需要分成两部分来计算,其结果应为:⎰⎰--+=8220)]4(2[22dx x x dx x A82223223]421322[324x x x x+-+=18=.显然,对于例5.4.2选取x 作为积分变量,不如选取y 作为积分变量计算简便.可见适当选取积分变量,可使计算简化.例5.4.3 求曲线x y x y sin cos ==与在区间],0[π上所围平面图形的面积.解 如图5.12所示,曲线x y x y sin cos ==与的交点坐标为)22,4(π,选取x 作为 积分变量,][π,0∈x ,于是,所求面积为2x x -图5.104-=x。

定积分在物理上的应用-文档资料

定积分在物理上的应用-文档资料
如 果 物 体 在 运 动 的 过 程 中 所 受 的 力 是 变 化 的 , 就 不 能 直 接 使 用 此 公 式 , 而 采 用 “ 元 素 法 ” 思 想 .
例 4 把一个带 q 电量的点电荷放在r 轴上坐标原点
物理学知道,如果一个单位正电荷放在这个电场中距离原 点为 r 的地方,那么电场对它的作用力的大小为
端 面 上 所 受 的 压 力
2 2 P 2 x R x dx 0 R
2 2 2 2 R x d ( R x ) 0 R
2 2 2 3 2 3 R x R . 3 3 0


R
例 2 将直角边各为 a 及 2 a 的直角三角形薄板 垂直地浸人水中,斜边朝下,长直角边与水面 平行,且该边到水面的距离恰等于该边的边 长,求薄板所受的侧压力.
连 线 方 向 .
m 由 物 理 学 知 道 , 质 量 分 别 为 距 为 1, m 2相
如 果 要 计 算 一 根 细 棒 对 一 个 质 点 的 引 力 , 那 么 , 由 于 细 棒 上 各 点 与 该 质 点 的 距 离 是 变 化 的 , 且 各 点 对 该 质 点 的 引 力 方 向 也 是 变 化 的 , 就 不 能 用 此 公 式 计 算 .
1
功元素 dw [ r , r dr ] 取 任 一 小 区 间 ,
b
b
kq dr, 2 r
kq 1 1 1 kq 所求功为 w a 2 dr kq . r r a a b
如果要考虑将单位电荷移到无穷远处

w a
kq 1 kq dr kq . 2 a r r a
解 在端面建立坐标系如图

定积分及其应用 (1)

定积分及其应用 (1)

0 n
2
0 x dx lim 0 i 1
1 2
n
i x i
1 1 1 1 lim 1 2 . n 6 n n 3
小结
1.定积分的实质:特殊和式的极限.
2.定积分的思想和方法:
分割 化整为零
求近似以直(不变)代曲(变)
x cos x sin x cos x( x tan x ) f ( x ) 0, 2 2 x x
f ( x ) 在[ , ] 上单调下降, 4 2
故 x 为最大点, x 为最小点, 4 2
2 2 M f( ) , 4
2 m f( ) , 2
求和
取极限
积零为整
取极限
精确值——定积分
五、定积分性质
对定积分的补充规定:
(1)当a b 时,a f ( x )dx 0 ;
b
(2)当a b 时, f ( x )dx f ( x )dx .
a b
b
a
说明 在下面的性质中,假定定积分都存 在,且不考虑积分上下限的大小.
性质1 证
并作和 S f ( i )x i ,
n
记 max{x1 , x 2 , , x n },如果不论对[a , b ]
i 1
怎样的分法, 也不论在小区间[ x i 1 , x i ] 上
点 i 怎样的取法,只要当 0 时,和 S 总趋于
I 确定的极限 , 我们称这个极限 为函数 f ( x ) I 在区间[a , b] 上的定积分, 记为
补充:不论 a , b, c 的相对位置如何, 上式总成立.
a f ( x )dx a f ( x )dx b f ( x )dx

高等数学定积分及其应用.pptx

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问从开始刹
到某处需要减
设汽车以等加速度
车到停车走了多少距离?
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内容小结
则有
1. 微积分基本公式
积分中值定理
微分中值定理
牛顿 – 莱布尼兹公式
2. 变限积分求导公式
第38页/共113页
备用题
1.


第39页/共113页
二、定积分的分部积分法
不定积分
一、定积分的换元法
换元积分法
定积分的演示
背景来源——面积的计算
!矩形的面积定义为两直角边长度的乘积
?一般图形的面积是什么
我们可以用大大小小的矩形将图形不断填充,但闪烁部分永远不可能恰好为矩形,这些“边角余料”无外乎是右图所示的“典型图形”(必要时可旋转)
“典型图形”面积的计算问题就产生了定积分
第1页/共113页
两个实际问题
的面积 .
解: 由
得交点
所围图形
为简便计算, 选取 y 作积分变量,
则有
第62页/共113页

先求两曲线的交点。
第63页/共113页
例3. 求椭圆
解: 利用对称性 ,
所围图形的面积 .

利用椭圆的参数方程
应用定积分换元法得
当 a = b 时得圆面积公式
第64页/共113页
曲边扇形面积元素
与速度函数
之间有关系:
物体在时间间隔
内经过的路程为
这种积分与原函数的关系在一定条件下具有普遍性 .
5.3 定积分的计算
第30页/共113页
则积分上限函数
证:
则有
定理1. 若
牛顿 – 莱布尼兹公式

定积分及其应用笔记

定积分及其应用笔记

定积分及其应用笔记一、定积分的概念定积分是积分的一种,是函数在区间[a,b]上的积分和的极限。

即,对于函数f(x),如果存在一个常数I,对于任意给定的正数ε,都存在一个正数δ,使得当0<Δx<δ时,有Σf(ξi)Δxi - I<ε,那么常数I就叫做函数f(x)在区间[a,b]上的定积分。

二、定积分的性质1. 线性性质:∫(a+b)f(x)dx=∫af(x)dx+∫bf(x)dx2. 积分区间的可加性:∫(a→b)f(x)dx=∫(a→c)f(x)dx+∫(c→b)f(x)dx3. 积分区间的可减性:∫(a→b)f(x)dx=∫(a→d)f(x)dx-∫(d→b)f(x)dx4. 函数的线性组合的积分等于各个函数的积分之和:∫(a→b)[af(x)+bf(x)]dx=a∫(a→b)f(x)dx+b∫(a→b)f(x)dx5. 被积函数的常数倍的积分等于常数乘以被积函数的积分:∫(a→b)kf(x)dx=k∫(a→b)f(x)dx6. 被积函数的反函数的积分等于被积函数的积分:∫(a→b)f^(-1)(x)dx=∫(f(a)→f(b))f(x)dx7. 反常积分的基本性质:∫(+∞→-∞)f(x)dx=-∫(-∞→+∞)f(x)dx,∫(+∞→-∞)[af(x)+bg(x)]dx=a∫(+∞→-∞)f(x)dx+b∫(+∞→-∞)g(x)dx8. 被积函数的偶次幂的积分等于偶次幂的积分的四倍:∫(a→b)(f^2)(x)dx=4∫(a→b)[f(x)+f(-x)]/2dx9. 被积函数的奇次幂的积分等于奇次幂的积分的二倍:∫(a→b)([-1]^nf^n)(x)dx=[(-1)^nn!]/2[f^(n-1)(b)-f^(n-1)(a)]+C,其中C是常数10. 奇偶性质:如果被积函数是偶函数,那么它的积分等于在[a,b]上方的积分加上在[b,a]下方的积分;如果被积函数是奇函数,那么它的积分等于在[a,b]上方的积分减去在[b,a]下方的积分。

定积分及其应用练习 带详细答案

定积分及其应用练习 带详细答案

定积分及其应用题一 题面:求由曲线2(2)y x =+与x 轴,直线4y x =-所围成的平面图形的面积. 答案:323.变式训练一题面:函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +2(-2≤x <0),2cos x ⎝ ⎛⎭⎪⎫0≤x ≤π2的图象与x 轴所围成的封闭图形的面积为( )A.52 B .2 C .3D .4答案:D. 详解:画出分段函数的图象,如图所示,则该图象与x 轴所围成的封闭图形的面积为12×2×2+∫π202cos x d x =2+2sin x |π20=4.变式训练二 题面:由直线y =2x 及曲线y =3-x 2围成的封闭图形的面积为( ) A .2 3 B .9-2 3 C.353D.323答案: 详解:注意到直线y =2x 与曲线y =3-x 2的交点A ,B 的坐标分别是(-3,-6),(1,2),因此结合图形可知,由直线y =2x 与曲线y =3-x 2围成的封闭图形的面积为⎠⎛-31(3-x 2-2x )d x =⎝ ⎛⎭⎪⎫3x -13x 3-x 2⎪⎪⎪1-3=3×1-13×13-12-⎣⎢⎡3×-3-13×-33]--32=323,选D.题二 题面:如图所示,在边长为1的正方形OABC 中任取一点P ,则点P 恰好取自阴影部分的概率为( ).A .14B .15C .16D .17变式训练一题面:函数f (x )=sin(ωx +φ)的导函数y =f ′(x )的部分图象如图所示,其中,P 为图象与y 轴的交点,A ,C 为图象与x 轴的两个交点,B 为图象的最低点.若在曲线段ABC 与x 轴所围成的区域内随机取一点,则该点在△ABC 内的概率为________. 答案:π4.详解:设A (x 0,0),则ωx 0+φ=π2,∴x 0=π2ω-φω. 又y =ωcos(ωx +φ)的周期为2πω, ∴|AC |=πω,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2ω-φω+πω,0.依题意曲线段ABC 与x 轴围成的面积为 S =-∫π2ω-φω+πωπ2ω-φωωcos(ωx +φ)d x =2. ∵|AC |=πω,|y B |=ω,∴S △ABC =π2. ∴满足条件的概率为π4.变式训练二 题面:(2012•福建)如图所示,在边长为1的正方形OABC 中任取一点P ,则点P 恰好取自阴影部分的概率为( )A .B .C .D .答案:C. 详解:根据题意,正方形OABC 的面积为1×1=1, 而阴影部分由函数y=x 与y=围成,其面积为∫01(﹣x )dx=(﹣)|01=,则正方形OABC 中任取一点P ,点P 取自阴影部分的概率为=; 故选C .金题精讲 题一 题面:(识图求积分,二星)已知二次函数y =f (x )的图象如图所示,则它与x 轴所围图形的面积为( ).A .2π5B .43C .32D .π2答案:变式训练一题面:如图求由两条曲线y =-x 2,y =-14x 2及直线y =-1所围成的图形的面积.答案:43. 详解:由⎩⎪⎨⎪⎧y =-x 2,y =-1,得交点A (-1,-1),B (1,-1).由⎩⎨⎧y =-14x2,y =-1,得交点C (-2,-1),D (2,-1).∴所求面积S =2⎣⎢⎡⎦⎥⎤∫10⎝ ⎛⎭⎪⎫-14x 2+x 2d x +⎠⎛12⎝ ⎛⎭⎪⎫-14x 2+1d x =43.变式训练二 题面:例1求在[0,2]π上,由x 轴及正弦曲线sin y x =围成的图形的面积. 答案:4. 详解:作出sin y x =在[0,2]π上的图象如右 sin y x =与x 轴交于0、π、2π,所 求积2200sin |sin |(cos )|(cos )|4s xdx xdx x x ππππππ=+=---=⎰⎰题二 题面:(作图求积分,四星)求曲线36y x x =-与曲线2y x =所围成的图形的面积. 交点的横坐标分别为2,0,3-,12112S =.变式训练一题面:求曲线2y x =,y x =及2y x =所围成的平面图形的面积. 答案:76. 详解:作出2y x =,y x =及2y x =的图如右 解方程组22y x y x=⎧⎨=⎩ 得24x y =⎧⎨=⎩0x y =⎧⎨=⎩ 解方程组2y x y x =⎧⎨=⎩得11x y =⎧⎨=⎩ 00x y =⎧⎨=⎩∴所求面积12201(2)(2)s x x dx x x dx =-+-⎰⎰ 12201(2)xdx x x dx =+-⎰⎰212320111|()|23x x x =+- 76=答:此平面图形的面积为76变式训练二 题面:求由抛物线28(0)y x y =>与直线6x y +=及0y =所围成图形的面积. 答案:403. 详解:作出28(0)y x y =>及6x y +=的图形如右:解方程组2860y x x y ⎧=⎨+-=⎩得24x y =⎧⎨=⎩解方程组600x y y +-=⎧⎨=⎩ 得60x y =⎧⎨=⎩∴所求图形的面积62(6)s x dx =+-⎰⎰32262022140|(6)|323x x x +-= 题三x题面: (1)由曲线y x =,直线2y x =-及y 轴所围成的图形的面积为_______.(2)由曲线2y x =与直线2y x =-所围成的封闭图形的面积为_______. 答案:(1)163;(2)92.变式训练一题面: 设f (x )=,函数图象与x 轴围成封闭区域的面积为( )A .B .C .D .答案:C.详解:根据题意作出函数的图象:根据定积分,得所围成的封闭区域的面积S=故选C变式训练二 题面:已知函数的图象与x 轴所围成图形的面积为( )A.1/2 B.1C.2D.3/2答案:D.详解:由题意图象与x轴所围成图形的面积为102(1)cosx dx xdxπ--++⎰⎰21021()|sin|2x x xπ-=-++112=+32=.故选D.题四题面:(导数与积分结合,二星)设函数()mf x x ax=+的导函数为()21f x x'=+,则21()f x dx-⎰的值等于______.答案:56.变式训练一题面:设函数f(x)=x m+ax的导函数f′(x)=2x+1,则⎠⎛12f(-x)d x的值等于()A.56B.12C.23D.16答案:A. 详解:由于f (x )=x m +ax 的导函数f ′(x )=2x +1,所以f (x )=x 2+x ,于是∫21f (-x )d x=∫21(x 2-x )d x =⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 3-12x 2⎪⎪⎪21=56.变式训练二 题面:设函数f (x )=x m +ax 的导函数f ′(x )=2x +1,则⎠⎛12f (-x )d x 的值等于( )A.56B.12C.23D.16答案:A. 详解:由于f (x )=x m +ax 的导函数为f ′(x )=2x +1,所以f (x )=x 2+x ,于是⎠⎛12f (-x )d x =⎠⎛12 (x 2-x )d x =⎪⎪⎪⎝ ⎛⎭⎪⎫13x 3-12x 221=56.题五 题面:(化简后求积分,四星)(1)求21sin 2xdx π-20sin cos x x dxπ=-⎰原式4204(cos sin )(sin cos )x x dx x x dx πππ=-+-⎰⎰22 2.=(2)440(sin cos )22x xdx π+⎰变式训练一题面:与定积分∫3π01-cos x d x 相等的是( ) A.2∫3π0sin x 2d x B.2∫3π0⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin x 2d x C.⎪⎪⎪⎪⎪⎪2∫3π0sin x 2d x D .以上结论都不对答案:B. 详解:∵1-cos x =2sin 2x2,∴∫3π01-cos x d x =∫3π02 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin x 2d x =2∫3π0⎪⎪⎪⎪⎪⎪sin x 2d x .变式训练二题面:40cos xdx π=⎰________.答案:22.详解:因为40cos xdx π=⎰sin x ⎪⎪⎪⎪π40=sin π4=22,所以∫π40cos x d x =22. 题六 题面:(定积分的运用,三星)函数f (x )=sin(ωx +φ)的导函数y =f ′(x )的部分图象如图所示,其中,P 为图象与y 轴的交点,A ,C 为图象与x 轴的两个交点,B 为图象的最低点.(1)若φ=π6,点P 的坐标为⎝⎛⎭⎫0,332,则ω=________;(2)若在曲线段ABC 与x 轴所围成的区域内随机取一点,则该点在△ABC 内的概率为________.[解析] (1)函数f (x )=sin(ωx +φ)求导得,f ′(x )=ωcos(ωx +φ),把φ=π6和点⎝⎛⎭⎫0,332代入得ωcos ⎝⎛⎭⎫0+π6=332解得ω=3.(2)取特殊情况,在(1)的条件下,导函数f ′(x )=3cos ⎝⎛⎭⎫3x +π6,求得A ⎝⎛⎭⎫π9,0, B ⎝⎛⎭⎫5π18,-3,C ⎝⎛⎭⎫4π9,0,故△ABC 的面积为S △ABC =12×3π9×3=π2,曲线段与x 轴所围成的区域的面积S =-⎪⎪⎪f (x ) 4π9π9=-sin ⎝⎛⎭⎫4π3+π6+sin ⎝⎛⎭⎫3π9+π6=2,所以该点在△ABC 内的概率为P =S △ABC S =π4. 同类题一题面:设y =f (x )是二次函数,方程f (x )=0有两个相等的实根,且f ′(x )=2x -2.(1)求y =f (x )的表达式;(2)求y =f (x )的图象与两坐标轴所围成图形的面积.答案:(1) f (x )=x 2-2x +1.(2) 13.详解:(1)设f (x )=ax 2+bx +c (a ≠0),则f ′(x )=2ax +b .又f ′(x )=2x -2,所以a =1,b =-2,即f (x )=x 2-2x +c .又方程f (x )=0有两个相等实根,所以Δ=4-4c =0,即c =1.故f (x )=x 2-2x +1.(2)依题意,所求面积为S =⎠⎛01(x 2-2x +1)d x =(13x 3-x 2+x )|10=13.同类题二题面:设y =f (x )是二次函数,方程f (x )=0有两个相等的实根,且f ′(x )=2x +2.(1)求y =f (x )的表达式;(2)求y =f (x )的图象与两坐标轴所围成图形的面积.(2)若直线x =-t (0<t <1=把y =f (x )的图象与两坐标轴所围成图形的面积二等分,求t 的值.答案:(1)f (x )=x 2+2x +1.(2)13. (3)t =1-321. 详解: (1)设f (x )=ax 2+bx +c ,则f ′(x )=2ax +b ,又已知f ′(x )=2x +2∴a =1,b =2.∴f (x )=x 2+2x +c又方程f (x )=0有两个相等实根,∴判别式Δ=4-4c =0,即c =1.故f (x )=x 2+2x +1.(2)依题意,有所求面积=31|)31()12(0123201=++=++--⎰x x x dx x x . (3)依题意,有x x x x x x t t d )12(d )12(2021++=++⎰⎰---, ∴023123|)31(|)31(t t x x x x x x ---++=++,-31t 3+t 2-t +31=31t 3-t 2+t ,2t 3-6t 2+6t -1=0,∴2(t -1)3=-1,于是t =1-321.思维拓展题一题面:(几何法求积分,四星)(1)计算0⎰,121sin x xdx -⎰;(2)求椭圆22221x y a b +=的面积.0044b S a ==⎰⎰,转化为圆的面积.同类题一题面:求定积分11dx -⎰的值. 答案:2π. 详解:11dx -⎰表示圆x 2+y 2=1在第一、二象限的上半圆的面积. 因为2S π=半圆,又在x 轴上方.所以11dx -⎰=2π.同类题二题面:20)ax dx -⎰的值是( ) A. 143π- B. 143π+ C. 123π- D. 12π- 答案:A.详解:积分所表示的几何意义是以(1,0)为圆心,1为半径第一象限内圆弧与抛物线y=x 2在第一象限的部分坐标轴围成的面积,故只需求出圆的面积乘以四分之一与抛物线在第一象限的部分与x 轴和直线x=1围成的图形的面积之差.即20)ax dx-⎰ 1231001|443x dx x ππ=-=-⎰ 143π=-.故答案选A。

3(专升本内容)定积分及其应用

3(专升本内容)定积分及其应用

判断瑕点:考察f(x)的间断疑点处是否f(x)→ ∞.
通过变量代换,两类广义积分和定积分可以互相转换.
二、定积分的应用

名 称 释 译



的所 特求 点量
微 元 法 解 题 步 骤
定积分应用中的常用公式
1、理论依据
设 f ( x) 在 [a, b] 上连续, 则它的变上限积分 U ( x)
b c
b
b
b
f ( x )dx f ( x )dx
b
b
a f ( x )dx a f ( x )dx c
lim a
0
c
f ( x )dx
f ( x )dx lim
c f ( x )dx 0
b
当极限存在时,称广义积分收敛;当极限不存在 时,称广义积分发散.
则在积分区间[a , b] 上至少存在一个点 ,
b
性质7 如果函数 f ( x ) 在闭区间[a , b] 上连续,
使 a f ( x )dx f ( )(b a )
b
(a b)
4 、几何意义:
介于 x 轴、曲线y f ( x) 及直线 x a, x b 之间的各部分面积的代数和.

r 1 ( )
r 2 ( )
d

o

x
o
x
1 2 A [ ( )] d 2
1 2 2 A [ 2 ( ) 1 ( )]d 2
(2) 体积
o
a
A( x )
x x dx
b
y
V
x x x dx
a A( x )dx

定积分的求解方法及其应用

定积分的求解方法及其应用

定积分的求解方法及其应用摘要:在数学分析这门课程里,定积分是最普遍而又重要的内容之一,同时也是数学研究中的重要工具,随着数学在生活中的广泛应用,定积分的相关解法和应用所蕴藏的巨大潜力越来越引起人们的关注.本论文从定积分的基本理论出发,系统阐述了牛顿莱布尼茨公式、换元法、分部积分法、凑微分法等几种常见的求解方法,并列举了相关的例子,更直观的了解求解定积分的方法的精髓.另外本文又介绍了定积分在数学、物理学和经济学当中的应用,实现了定积分在实际生活中的应用.通过这一系列的总结,可以进一步提升对定积分的认识,为以后的学习奠定了基础.关键词:定积分;求解方法;应用一、定积分的求解方法1.1 定积分概念定义1 不妨设在闭区间[m ,n ]中,不包含两个端点,共有1-k 个点,按照大小分别为m =0x <1x <2x <…<1-k x <k x =n ,这些点将闭区间[m ,n ]分割为大小不一的子区间,共有k 个,用i ∆表示这些子区间,即i ∆=[1-i x ,i x ],i =1,2, …,k 。

可以将k x x x ......,10点或[]n i xi x i i ......12,,1==∆-子区间视为分割了闭区间[m ,n ],令集合=A {0x ,1x ,…,k x }或{1∆,2∆,…,k ∆}.定义2 假设函数g 的定义域为 [m ,n ]。

将区间[m ,n ]分割为k 个,得分割区间的集合=A {1∆,2∆,…,k ∆},在区间i ∆上随意取点i ψ,即i ψ∈i ∆,i =1,2, …,k ,将该点函数值与自变量之差做乘积,累次相加得()iki ix g ∆∑=1ψ,该式是函数g 在定义域[m ,n ]上的积分和.定义3 假设函数g 的定义域为 [m ,n ],S 是给定的实数。

假如总能找到某个的正数θ,以及任何正数σ,在定义域 [m ,n ]进行任意大小的分割A ,并且在分割出来的区间中随意选择一个点组成集合{i φ},当A <θ时,存在σφ<-∆∑=S xg ni ii1)(,则函数g在定义域[m ,n ]上可积,即⎰=nmdx x g S )(。

定积分在几何中的应用-文档资料

定积分在几何中的应用-文档资料
4
直线与x轴交点为(4,0)
SS S x [ 2 x d x (x 4 ) d x ] 1 2 2xd
0 4 4 8 8
x d x 4 ) d x ( x d x x d x ) ( x 4 ) d x 2 (x 2 2
0 4 4
0 4
4
确 定的 f () x 原 函 数 F () x
1、平面图形的面积
y
y f( x )
y
y f ( x ) 2
y f ( x ) 1
o
a
b x
o
Байду номын сангаас
a
b x
曲边梯形的面积
曲边梯形的面积
A f(x ) dx a
b
A [ f( x ) f ( x )] dx 1 a 2
b
1、平面图形的面积
2 y x 4 及其在点 ( 2 , 0) 和 ( 2 , 0 ) 处 2. 求抛物线 的切线所围成的图形的面积 .
x d x x d x
2 0 0
1
1
D
2 y xx
A

1
2
例 2 计算由曲线 y 2x , 直线 y x 4以及 x 轴所围 成的图形的面积.
解 两曲线的交点
( 0 ,0 ) ,( 8 ,4 ) .
y 2x
S2
S1
y x 4
y 2x y x4
3
y x2
A 6 x x) d x 1 (x
3 2 2
0
3 yx 6 x
A x 6) xd x 2 (x
2 3 0
3
于是所求面积

定积分的应用面积-文档资料

定积分的应用面积-文档资料
选y为积分变量,
1 2
(0,0) (1,1)
y [0 ,1 ]
3 2
2 y 1 1 A ( yy )d y ( y ) 0 . 0 3 3 3
3
13
y x 4 y 2 x 算 由 曲 线 和 直 线 所 围 成 例2 计
2
的 图 形 的 面 积 .

两曲线的交点
y 2x
14
x ( x 4 )] d x A x ( 2 x )] d x [ 2 [ 2
0
2
8
2
此题选y为积分变量比较好,
2y4
y A (y 4 )d y 2 2
4
2
x y 4 y x 4
y y ( 4y ) 2 6 2
2
3
4
2 y y x2 2x 2
( x ) d x A A A A 1 2 3 4 f
a
b
2
1.以x轴为底边的曲边梯形的面积
y
f ( x)
y
a
b
0
f ( x)
x
0
a
b
b a
x
f( x ) 0 ,A ) d x ; f(x
a b
f( x ) 0 ,A ) d x ; f(x




A f(x )d x.
18 .
选择积分变量的原则: (1)尽量少分块; (2)积分容易。
15
2 1 x x 3所 y ,y 曲 线 直 线 例3 求 2 与 2 1 x
围成的平面图形的面积.
y
1 y 1 x2
1, 解 交点 x

定积分计算及其应用

定积分计算及其应用

定积分计算及其应用
一、定积分计算
1、图像法:通过图像来计算定积分,一般会将被定积函数的图像在
其中一区间内分割成许多小矩形,每一小矩形的面积就是定积分的值,然
后通过将多个小矩形的面积加和=求出定积分。

2、定积分计算公式:定积分是由定积分计算公式来计算的,定积分
公式结构为:∫a b f(x) dx,它代表的是从a到b的定积分,f(x)是定
积函数,dx是微元。

二、定积分应用
定积分的应用范围广泛,主要有三个方面:
1、地理学:定积分在地理学中有着广泛的应用,可以用定积分计算
地理曲线下面积、地球表面圆锥曲线的一定高度投影的面积等等。

2、力学、物理学:定积分在力学、物理学等学科中有着重要的应用,可以用定积分来计算绳、杆、轴旋转运动的角动量,以及各种复杂力场的
重力矩等等。

3、经济学:在经济学中,定积分可以用来求解复杂的经济关系,如
决定消费者及生产者福利的函数关系。

不定积分、定积分及其应用-定积分的基础知识

不定积分、定积分及其应用-定积分的基础知识

第三章 不定积分,定积分及其应用第四讲定积分地基础知识主讲教师 |引言本节主要使用极限思想来研究积分学地第二个基本问题——定积分.与导数一样,定积分地概念也是在分析与解决实际问题地过程逐步发展起来地.我们将以求曲边梯形地面积为例,引出定积分地概念,阐述定积分地几何意义,并在此基础上讨论定积分地基本质.本节内容零一 曲边梯形地面积零二 定积分地概念零三 定积分地几何意义零四 定积分地基本质思考?设函数在上非负,连续,由直线及曲线所围成地图形称为曲边梯形.若函数,则面积若 不是常数函数,y =f(x )yO xb a A =?思路由于在上连续,在很小一段区间上变化很小,因此,如果把划分为许多小区间,则在每个小区间上,可以用其某一点处地高来近似代替该小区间上地变高.那么,每个窄曲边梯形就可近似地看成窄矩形了.根据以上分析,采用如下做法:(一)分割:在内任意插入个分点,把分成个小区间y O xf (ξi )f Δ(ξi x i)b x i ξi x i -一a y =f (x ),各小区间地长度依次为在每个小区间上任取一点,则以为底,以为高地小矩形面积为不是通常意义下地极限!(三)取极限:行无限分割时,所有小区间地长度都无限缩小,取则曲边梯形面积为:y O x f (ξi )f Δ(ξi x i)b x ξx a y =f (x )(二)求与:曲边梯形面积地近似值本节内容零一 曲边梯形地面积零二 定积分地概念零三 定积分地几何意义零四 定积分地基本质零二 定积分地概念从引例可以看到:所要计算地量(即曲边梯形地面积),采用化整为零,以不变代变,逐渐逼近地方式,归结为某一函数在某一区间上地特殊与式地极限,于是,我们就可以抽象出下述定积分地定义.Ὅ 定义三.三设函数在上有界,在内任意插入个分点将区间分成个小区间,记为第个小区间地长度.在第个小区间上任取一点 作乘积并求与被积函数被积表达式被积变量积分下限积分上限积分与记 如果极限存在,则称函数在上可积,此极限称为函数在上地定积分,记作即Ὅ 定义三.三὎ 注(一)极限值(即积分值)与地分法及点地选取无关。

定积分及其应用

定积分及其应用

①.若a=b, 则
b
f (x)dx 0.
a
②.若a>b, 则
b
a
f(x)dx f(x)dx.
a
b
从而可消除对定积分上下限的大小限制.
四.定积分的几何意义
由定义1知, 当连续函数
f (x) 0 且a<b时, 定积分
b f ( x ) d x 表示一个在 x 轴上方的曲边梯形的面积; a
当 f (x) 0, 且 a < b时,
[a, b]的一个局部(小区间)来看, 它也是一个变量;
但因ƒ(x)连续, 从而当Δ x →0时, Δy→0,
故可将此区间的高近似看为一个常量,
从而此区间对应的小窄曲边梯形CEFH
y
y=ƒ(x)
A
C
B
Δy {
DH
的面积近似等于小窄矩形DEFH的面积.
oa
EF
x x+Δx b x
因而, 如果把区间[a, b]任意地划分为n个小区间, 并在每一
就有定积分的定义:
定义1.设ƒ(x)在[a, b]上有定义, 点 a x 0 x 1 x 2 x n 1 x n b
将区间[a, b]任意地划分为n个小区间; 每个小区间
[ xi1 , xi ]
的长度为 xi xi xi1(i1,2, ,n),在每个小区间 [ xi1 , xi ]
n
个区间上任取一点, 再以该点的高来近似代替该小区间上窄曲边 梯形的高, 从而每个窄曲边梯形就可近似地
视为一个小窄矩形, 而且全部窄矩形的面积之和也可作为曲边 梯形面积的近似值.
要想得精确值, 只需区间[a, b]的分法无限细密(即每个小区 间的长度Δ x →0)时, 全部窄矩形的面积之和的极限一定是曲边

定积分的概念及性质-2022年学习资料

定积分的概念及性质-2022年学习资料

曲边梯形面积的近似值为-A≈∑f5:Ax-i=1-当分割无限加细即小区间的最大长度-2=max{△x1,△ 2,A△xn}-趋近于零2→0时,-曲边梯形面积为A=lim∑f传,△r,-九→0-首页-上页-下页
实例2-求变速直线运动的路程-设某物体作直线运动,已知速度y=vt是-时间间隔[T,T2]止的一个连续函数 且-v≥0,求物体在这段时间内所经过的路程-思路:把整段时间分割成若干小段,每小段上-速度看作不变,求出各 段的路程再相加,便-得到路程的近似值,最后通过对时间的无限细-分过程求得路程的精确值.-首页-上页-下页
第五章-定积分定积分的概念及性质PPT
第一节-定积分的概念-、问题的提出-实例1-求曲边梯形的面积-曲边梯形由连续曲线-y=fx-y=fxfx≥ 、-A=?-x轴与两条直线x=a、-u-b-X-x=b所围成.-首页-上页-下页
用矩形面积近似取代曲边梯形面积-01-u-b-x0-L-四个小矩形-九个小矩形-显然,小矩形越多,矩形总面 越接近-曲边梯形面积.-首页-上页-下页
性质3-假设a<c<b-[fxdx-fxdx+[fxdx.-补充:不论a,b,c的相对位置如何,上式总成立 -例若a<b<c,-ifxa=心fxc+fxdc-则∫fxdc=rfxadc-fxar-=fxr+心fxd .-定积分对于积分-心ldk=dc=b-a.-性质5-如果在区间[a,b]上fx≥0,-则心fx≥0.-a<b-证©f ≥0,∴.f5:≥0,i=1,2,Λ ,n-⊙△x,≥0,.∑f传△x,≥0,-2=max{△x1,△x2, ,△xn}-im∑f5,Ax,=fxd≥0.-九→0-首页-上页-下页
性质1-Afx±gxe=心fxar±gxdc.-证-=1im∑Lf5:±g5:]△x-元-→0-=lim】 f5:Ax,±im2g5Ax-2→03-20i=1-=fedr±心gxdc.-此性质可以推广到有限多个函数 和的情况-首页-上页-下页
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因为 在 上是增函数, 在 上也是增函数,且 ,所以 在 上是增函数,因此不等式 等价于 ,所以 或 。
若 为真, 为假,所以 与 一真一假,
若 真 假,应有 所以 ;
若 假 真,应有 所以 ;
因此 的范围是 且 。
试题解析:依题意得 ,定义域是 .
(1) ,令 ,得 或 ,令 ,得 ,
由于定义域是 ,所以函数的单调增区间是 ,单调递减区间是 .
(2)令 ,得 ,由于 , , ,
所以 在 上的最大值是 ,最小值是 .
考点:定积分的计算利用导数研究函数的单调性与最值
14. 且 。
【解析】解:关于 的不等式 对任意 恒成立,即 在 上恒成立。由于 在 上是增函数,所以 ,要保证 在 上恒成立,只要 即可,所以 。
.
12.
【解析】
试题分析: ,所以 , ,即 ,所以 .
考点:积分运算.
13.(1)单调增区间是 ,单调递减区间是 ;(2)最大值为-6,最小值为 ;
【解析】
试题分析:(1)由题可知,由定积分的运算方法得出 ,对其求导,利用导数, ,函数递增, ,函数递减来判定单调区间;(2)区分好最值与极值的区别,求最值时,需把区间的端点值的函数值求出,再进行比较大小;
考点:1.二项式定理;2.定积分.
【思路点晴】利用定积分求平面图形面积的四个步骤:(1)画出草图,在直角坐标系中画出曲线或直线的大致图像;(2)借助图形确定出被积函数,求出交点坐标,确定积分的上、下限;(3)把曲边梯形的面积表示成若干个定积分的和;(4)计算定积分,写出答案.若积分式子中有几个不同的参数,则必须先分清谁是被积变量.
A.- B.-2C.-1D.-
2.若 ,则 =()
A.-1B.- C. D.1
3. ()
A. B. C. D.
4.设曲线 与直线 所围成的封闭区域的面积为 ,则下列等式成立的是( )
A. B.
C. D.
5.函数 的图象与 轴所围成的封闭图形的面积为( )
A. B. C. D.
6.若 与 是 上的两条光滑曲线,则这两条曲线及 所围成的平面图形的面积为( )
对于③,f(x)=ln( ﹣x)是定义域R上的奇函数,
且积分的上下限互为相反数,
所以定积分值为0,满足条件;
综上,∃a>0,使 f(x)dx=0的函数是①③.
故选:B.
考点:特称命题.
8.A
【解析】
试题分析:由题,因为函数 为奇函数, 为偶函数,故
考点:定积分
9.
【解析】
试题分析:令 ,则 ,其通项公式为 , ,所以 ;直线为 ,由 解得 ,故直线 与曲线 所围成的封闭区域的面积为 .
②求出 (ex+x)dx=0时a的值,得出命题不成立;
③根据f(x)是定义域上的奇函数,积分的上下限互为相反数,得出定积分值为0,满足条件.
解:对于①,f(x)=xsinx,
∵(sinx﹣xcosx)′=xsinx,
∴ xsinxdx=(sinx﹣xcosx) =2sina﹣2acosa,
令2sina﹣2acosa=0,
10.
【解析】
试题分析: ,所以二项式 的通项公式为 ,令 得 ,所以展开式中含 项的系数是 .
考点:定积分与二项式定理.
11.
【解析】
试题分析:因为 ,所以 .
考点:定积分的计算.
【方法点睛】本题主要考察利用换元法求定积分,计算定积分,首先要熟悉常见函数的导函数,因题中 恰好为 的导函数,所以可以考虑用换元法来求定积分;本题也可利用三角恒等变换来求,因为 ,所以有
A. B. C. D.
7.给出下列函数:
①f(x)=xsinx;
②f(x)=ex+x;
③f(x)=ln( ﹣x);
∃a>0,使 f(x)dx=0的函数是( )
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
8.
A. B. C. D.
第II卷(非选择题)
请点击修改第II卷的文字说明
评卷人
得分
二、填空题(题型注释)
考点:1.分段函数;2.定积分的面积计算.
6.C
【解析】
试题分析:由定积分的几何意义可得 与 是 上的两条光滑曲线,则这两条曲线及 所围成的平面图形的面积为 ,故答案为C.
考点:定积分的几何意义.
7.B
【解析】
试题分析:①求出 f(x)dx的积分,结合函数的图象得出存在a>0,使 f(x)dx=0成立;
考点:定积分的几何意义.
4.B
【解析】
试题分析:将曲线方程 与直线方程 联立方程组,解得 或 .结合图形可知选项B正确.
考点:定积分的几何意义.
5.B
【解析】
试题分析:
根据定积分的面积计算当 时,与 轴所围成的面积就是正方形的面积 ,减四分之一个圆的面积 ,即 ,当 时, ,当 时, ,面积相加等于 .故选B.
14.(本小题满分12分)
已知 关于 的不等式 对任意 恒成立;
,不等式 成立。
若 为真, 为假,求 的取值范围。
参考答案
1.D
【解析】
试题分析:
考点:定积分计算
2.B
【解析】
试题分析:设 ,即 ,则 ,所以 , .故选B.
考点:微积分基本定理.
3.C
【解析】
试题分析:画出函数图象如下图所示,可知 .
9.若 的展开式中各项的系数之和为 ,且常数项为 ,则直线 与曲线 所围成的封闭区域的面积为______.
10.若 ,则二项式 展开式中含 项的系数是.
11.定积分 .
12.若函数 在 上可导, ,则 .
评卷人
得分
三、解答题(题型注释)
13.(本小题10分) .
(1)求 的单调区间;(2)求函数 在 上的最值.
绝密★启用前
2015-2016:100分钟;命题人:xxx
题号



总分
得分
注意事项:
1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2.请将答案正确填写在答题卡上
第I卷(选择题)
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评卷人
得分
一、选择题(题型注释)
1.若 ,则实数m的值为()
∴sina=acosa,
又cosa≠0,∴tana=a;
画出函数y=tanx与y=x的部分图象,如图所示;
在(0, )内,两函数的图象有交点,
即存在a>0,使 f(x)dx=0成立,①满足条件;
对于②,f(x)=ex+x, (ex+x)dx=(ex+ x2) =ea﹣e﹣a;
令ea﹣e﹣a=0,解得a=0,不满足条件;
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