高中数学选修2-2第一章第五节《定积分的概念》全套教案
选修2-2 1.5定积分的概念-讲
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n
n
n
y
N个小曲边梯形的面 积分别记作:
S1 , S2 , , Sn .
y x2
O
1 n
2 n
k n
n n
x
S Si
i 1
n
(2)用矩形来近似代替
i 1 i ' 在区间 , 上,用小矩形的面积 Si n n 2 i 1 i 1 ' 近似地代替Si 则有Si Si f ( )x x
矩形面积和与曲边梯形面积的关系.
观察下列演示过程,注意当分割加细时,
矩形面积和与曲边梯形面积的关系.
观察下列演示过程,注意当分割加细时,
矩形面积和与曲边梯形面积的关系.
观察下列演示过程,注意当分割加细时,
矩形面积和与曲边梯形面积的关系.
观察下列演示过程,注意当分割加细时,
矩形面积和与曲边梯形面积的关系.
a a
三:
定积分的基本性质
性质3.
定积分关于积分区间具有可加性
b
a
f ( x )dx f ( x )dx f ( x )dx
a c
c
b
y
yf ( x)
O
a
c1 c2 a c1
C
b x
b c2
b
a
f ( x )dx f ( x )dx f ( x )dx f ( x )dx
性质 3 不论a,b,c的相对位置如何都有
a f (x)dx a f (x)dx c
y
b
c
人教版高中选修2-21.5定积分的概念课程设计
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人教版高中选修2-21.5定积分的概念课程设计
一、课程概述
本课程是人教版高中选修2数学课程中的第21.5章,主要介绍定积分的概念及相关性质。
二、教学目标
1.掌握定积分的概念及其物理意义。
2.掌握定积分的基本性质及计算方法。
3.理解定积分与求导函数之间的关系。
4.能够应用定积分解决实际问题。
三、教学内容
1. 定积分的概念
•定积分的引入
•定积分的定义
•定积分的几何意义
•定积分的物理意义
2. 定积分的基本性质
•定积分的线性性质
•定积分的区间可加性
•定积分的估值定理
•定积分的中值定理
3. 定积分的计算方法
•利用定积分计算面积和体积
1。
人教版高中数学选修2-2学案:1.5.3定积分的概念
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定积分的概念【学习目标】1.了解定积分的概念和性质;2.了解定积分的几何意义;3.能对简单的定积分进行计算.【新知自学】 知识回忆:求曲边梯形的面积:(1 )思想:以直代曲、逼近;(2 )步骤:分割→近似代替→求和→取极限;关键:近似代替;结果:分割越细 ,面积越精确.新知梳理:1.定积分的概念:一般地 ,设函数()f x 在区间[,]a b 上连续 ,用分点012a x x x =<<< …1i i x x -<<<…n x b <=将区间[,]a b 等分成n 个小区间 ,每个小区间长度为x ∆=______ ,在每个小区间[]1,i i x x -上取一点()1,2,,i i n ξ= ,作和式:11()()n n n i i i i b a S f x f nξξ==-=∆=∑∑.如果x ∆无限接近于0 (亦即n →+∞ )时 ,上述和式n S 无限趋近于常数S ,那么称该常数S 为________________________.记为_______. 其中()f x 称为_________ ,x 叫做________ ,[,]a b 为_______ ,b 叫做积分____ ,a 叫做积分_____________.说明: (1 )定积分()ba f x dx ⎰是一个常数 ,即n S 无限趋近的常数S (n →+∞时 )称为()ba f x dx ⎰ ,而不是n S .(2 )曲边图形面积:()b a S f x dx =⎰;变速运动路程21()t t S v t dt =⎰;变力做功 ()ba W F r dr =⎰. 2.定积分的几何意义:如以下图所示 ,如果在区间)(],[x f b a 上函数连续且恒有0)(≥x f ,那么定积分⎰ba dx x f )(表示直线x a =,()xb a b =≠,0y =和曲线y =f(x)围成的曲边梯形的面积.3.定积分的性质:(1 )=⎰ba kdx _______ (k 为常数 ); (2 )=⎰ba dx x kf )(____________ (其中k 是不为0的常数 ); (3 )[]=±⎰b a dx x f x f )()(21_______________; (4 )=⎰ba dx x f )(__________________ (其中bc a << ). 对点练习: 1.以下等于1的积分是 ( ) A.dx x ⎰10B.dx x ⎰+10)1(C.dx ⎰101D.dx ⎰1021 3.设⎩⎨⎧<≥=⎰-112)().0(2),0()(dx x f x x x x f x 则的值是 ( ) A.⎰-112dx x ⎰-112.dx B x ⎰⎰+-100122.dx dx x C x ⎰⎰+-102012.dx x dx D x 3.曲线1,0,2===y x x y ,所围成的图形的面积可用定积分表示为__________.4.当函数)(x f 在区间上],[b a 连续且恒有0)(≤x f (即函数图象在x 轴下方 )时 ,定积分⎰ba dx x f )(表示___________________________. 【合作探究】 典例精析:例1. 根据定积分的几何意义计算定积分:dx x ⎰-31|2|的值.变式练习:根据定积分的几何意义计算定积分21(1)x dx+⎰的值.例2.利用定积分的定义,计算⎰103dxx的值.变式练习:计算⎰203dx x 的值 ,并从几何上解释这个值表示什么含义.【课堂小结】【当堂达标】1.求由1,2,===y x e y x 围成的曲边梯形的面积时 ,假设选择x 为积分变量 ,那么积分区间为 ( )A.[0 ,2e ]B.[0 ,2]C.[1 ,2]D.[0 ,1]2.以下命题不正确的选项是 ( ).A.假设)(x f 是连续的奇函数 ,那么0)(=⎰-a a dx x f B.假设)(x f 是连续的偶函数 ,那么⎰⎰=-aa a dx x f dx x f 0)(2)( C.假设)(x f 在],[b a 上连续且恒正 ,那么0)(>⎰b a dx x f D.假设)(x f 在],[b a 上连续且0)(>⎰b adx x f ,那么)(x f 在],[b a 上恒正3.化简求值=+⎰⎰2110xdx xdx ______________= _____________ .4.试用定积分的几何意义说明⎰-2024dx x 的大小.【课时作业】1.⎰⎰+=2020]6)([,3)(dx x f dx x f 则 =( )2.假设函数x x x f +=3)( ,那么⎰-22)(dx x f 等于 ( ).C.⎰20)(dx x f ⎰20)(dx x f 3.将和式的极限)0(.......321lim 1>+++++∞→p n n P pp p p n 表示成定积分是 ( ) A.dx x⎰101 B.dx x p ⎰10 C.dx x p ⎰10)1( D.dx n x p ⎰10)( 4.利用定积分的性质和几何意义求定积分⎰-302)2(dx x .5.用定积分表示右图中阴影局部的面积.。
最新人教版高中数学选修2-2第一章《定积分的概念》示范教案
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1.5.3 定积分的概念教材分析《定积分的概念》从曲边梯形的面积及变速直线运动的共同特征概括出定积分的概念,它是学生学习定积分的基础,为学习定积分的应用作好铺垫.因此这节课有承前启后的作用,是本章的重点内容之一.本节课的重点是:理解并掌握定积分的概念、定积分的几何意义.理解定积分的概念是难点.主要是这种“以曲代直”“逼近”的思想方法在学生的头脑中并没有与之相联系的认知结构,只有将头脑中原有的认知结构加以改组和顺应,在几节课内达到深刻理解这种思想方法是难点所在.课时分配 1课时.教学目标 知识与技能目标通过求曲边梯形的面积和变速直线运动的路程,了解定积分的背景;能用定积分的定义求简单的定积分;理解掌握定积分的几何意义;借助于几何直观的基本思想,理解定积分的概念.过程与方法目标培养学生的逻辑思维能力和创新意识. 情感、态度与价值观激发学生主动探索学习的精神.重点难点重点:定积分的概念、定积分的几何意义. 难点:定积分概念的理解.教学过程引入新课提出问题:回忆前面曲边梯形的面积、变速运动的路程等问题的解决方法与步骤. 活动成果:分割→近似代替→求和→取极限活动设计:将以下问题及其解决步骤通过多媒体投影到屏幕上.物体做变速直线运动,速度函数为v =v(t),求它在a ≤t ≤b 内的位移s.步骤如下: (1)分割:用分点a =t 0<t 1<t 2<…<t n =b 将时间区间[a ,b]等分成n 个小区间[t i -1,t i ](i =1,2,…,n),其中第i 个时间区间的长度为Δt =t i -t i -1,物体在此时间段内经过的路程为Δs i .(2)近似代替:当Δt 很小时,在[t i -1,t i ]上任取一点ξi ,以v(ξi )来代替[t i -1,t i ]上各时刻的速度,则Δs i ≈v(ξi )·Δt i .(3)求和:s =1nii S=∆∑≈∑i =1nv(ξi )Δt. (4)取极限:Δt →0时,上式右端的和式作为s 近似值的误差会趋于0,因此s =0lim t ∆→∑i =1nv(ξi )Δt.探究新知提出问题1:请同学们对求曲边梯形的面积和变速运动的路程两个实例的四个步骤对比分析,找出共同点.活动设计:先让学生独立思考,再分小组讨论、交流.活动成果:1.二者都通过四个步骤——分割、近似代替、求和、取极限来解决问题; 2.解决这两个问题的思想方法是相同的,都采用了“逼近”的思想. 总结:类似的问题都可以通过这种方法来解决,而且最终结果都可以归结为这种类型的和式的极限.提出问题2:你能不能类似地将在区间[a ,b]上连续的问题函数f(x)的最终结果归结为这种类型的和式的极限.活动设计:学生先独立思考,必要时允许学生合作、讨论、交流.学情预测:开始学生的回答可能不全面、不准确,但在教师的不断补充、纠正下,会趋于完善.活动成果:师生共同概括出定积分的概念:一般地,设函数f(x)在区间[a ,b]上连续,用分点 a =x 0<x 1<x 2<…<x i -1<x i <…<x n =b将区间[a ,b]等分成n 个小区间,在每个小区间[x i -1,x i ]上任取一点ξi (i =1,2,…,n),作和式:∑i =1n f(ξi )Δx =∑i =1nb -an f(ξi ),当n →∞时,上述和式无限接近某个常数,那么称该常数为函数f(x)在区间[a ,b]上的定积分.记为⎠⎛a bf(x)dx ,即⎠⎛abf(x)dx =lim n →∞∑ni =1b -anf(ξi ), 其中f(x)称为被积函数,x 叫做积分变量,[a ,b]叫做积分区间,b 叫做积分上限,a 叫做积分下限,f(x)dx 叫做被积式.教师补充以下几点:(1)定积分⎠⎛a b f(x)dx 是一个常数;(2)定积分⎠⎛ab f(x)dx 是一种特定形式的和式∑i =1nb -a n f(ξi )的极限,即⎠⎛a bf(x)dx 表示当n →∞时,和式∑i =1n b -a n f(ξi )所趋向的定值;(3)对区间[a ,b]的分割是任意的,只要保证每一小区间的长度都趋向于0就可以了;(4)考虑到定义的一般性,ξi 是第i 个小区间上任意取定的点,但在解决实际问题或计算定积分时,可以把ξi 都取为每个小区间的左端点(或都取为右端点),以便得出结果.设计意图通过上述操作、思考问题使学生建立起对定积分的初步、直观的认识,并训练和培养学生的抽象概括能力.提出问题3:你能说说定积分的几何意义吗?活动设计:学生独立解决,必要时,教师指导、提示.学情预测:如果学生回答此问题有困难,可提示学生回顾求曲边梯形面积的例子.活动成果:结合课本本节图1.57总结定积分⎠⎛ab f(x)dx(f(x)≥0)的几何意义:如果在区间[a ,b]上函数f(x)连续且恒有f(x)≥0,那么定积分⎠⎛ab f(x)dx 表示由直线x =a ,x =b(a ≠b),y =0和曲线y =f(x)所围成的曲边梯形的面积.提出问题4:思考课本本节的探究问题. 活动设计:学生独立思考,并给出答案.活动成果:通过对定积分几何意义的理解,学生不难考虑到如何用定积分表示位于x 轴上方的两条曲线y =f 1(x),y =f 2(x)与直线x =a ,x =b 围成的平面图形面积.由于图中用虚线给出了辅助线,学生易得到阴影部分的面积为S =⎠⎛a b f 1(x)dx -⎠⎛ab f 2(x)dx.教师引导学生根据定积分的定义,可以得出定积分的如下性质: 性质1:⎠⎛a b kf(x)dx =k ⎠⎛ab f(x)dx(k 为常数);性质2:⎠⎛a b [f 1(x)±f 2(x)]dx =⎠⎛a b f 1(x)dx±⎠⎛abf 2(x)dx ;性质3:⎠⎛ab f(x)dx =⎠⎛ac f(x)dx +⎠⎛cb f(x)dx(其中a<c<b).提出问题5:性质1等式两边的两个定积分上、下限和被积函数分别是什么? 活动设计:以提问的形式让学生直接作答.提出问题6:你能从定积分的几何意义解释性质3吗? 活动设计:学生思考、交流、探索解决问题. 学情预测:若学生解决问题有困难,教师可辅助学生用图象的方法帮助学生从几何直观上感知性质3的成立.活动成果:教师指出性质3为定积分对积分区间的可加性,它对把区间[a ,b]分成有限个(两个以上)小区间的情形也成立.给出以上3个性质,便于我们计算定积分.理解新知1.用定义求定积分的一般方法是:①分割:n 等分区间[a ,b];②近似代替:取点ξi ∈[x i -1,x i ];③求和:∑i =1nb -an f(ξi );④取极限:⎠⎛ab f(x)dx =lim n →∞∑i =1n b -an f(ξi ).2.一般情况下,定积分∫b a f(x)dx 的几何意义是介于x 轴、函数f(x)的图形以及直线x =a ,x =b 之间各部分面积的代数和,在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积取负号.即∫b a f(x)dx =x 轴上方面积-x 轴下方的面积.运用新知例1利用定积分的定义,计算定积分∫10x 3dx 的值. 解:令f(x)=x 3. (1)分割在区间[0,1]上等间隔地插入n -1个点,将区间[0,1]等分成n 个小区间[i -1n ,in](i =1,2,…,n),每个小区间的长度为Δx =i n -i -1n =1n.(2)近似代替、求和取ξi =i n (i =1,2,…,n),则∫10x 3dx ≈S n =∑i =1n (i n )3·1n =1n 4∑i =1n i 3=1n 4·n 2(n +1)24=14(1+1n)2.(3)取极限∫10x 3dx =lim n →∞S n=lim n →∞ 14(1+1n )2=14. 例2根据定积分的几何意义推出下列定积分的值.(1)∫10xdx ;(2)∫R 0R 2-x 2dx.思路分析:如果在区间[a ,b]上函数f(x)连续且恒有f(x)≥0,那么定积分∫b a f(x)dx 表示由直线x =a ,x =b(a ≠b),y =0和曲线y =f(x)所围成的曲边梯形的面积.(1)中的定积分的值即为由直线x =0,x =1,y =0和y =x 所围成的图形的面积;(2)中的定积分的值为由直线x =0,x =R ,y =0和曲线y =R 2-x 2所围成的图形的面积.解:(1)由图象可知,由直线x =0,x =1,y =0和y =x 所围成的图形为一个直角三角形,两条直角边边长均为1,则面积为12×1×1=12,所以∫10xdx =12. (2)由图象可知,由直线x =0,x =R ,y =0和曲线y =R 2-x 2所围成的图形面积即为圆x 2+y 2=R 2面积的14,则面积为14πR 2,所以∫R 0R 2-x 2dx =14πR 2. 变练演编例 计算定积分∫20x 3dx 的值,并从几何上解释这个值表示什么?解:计算定积分∫20x 3dx 的值: (1)分割在区间[0,2]上等间隔地插入n -1个点,将区间[0,2]等分成n 个小区间[2(i -1)n ,2in ](i =1,2,…,n),每个小区间的长度为Δx =2i n -2(i -1)n =2n.(2)近似代替、求和取ξi =2in(i =1,2,…,n),则∫20x 3dx ≈S n =∑i =1n(2i n )3·2n =16n 4∑i =1n i 3=16n 4·n 2(n +1)24=4(1+1n)2. (3)取极限∫20x 3dx =lim n →∞S n =lim n →∞4(1+1n )2=4. 由定积分的几何意义,可知这个值表示由直线y =0,x =0,x =2和曲线y =x 3所围成的图形的面积.活动设计:学生在理解例1和例2的基础上,独立完成此例练习. 设计意图设置本题意在让学生进一步理解定积分的定义和其几何意义,训练学生思维的灵活性. 达标检测1. lim n →∞ 1n[cos πn +cos 2πn +…+cos (n -1)πn +cos nπn ]写成定积分的形式,可记为( )A .∫π0cosxdx B.1π∫π0cosxdxC .∫10cosxdx D .∫π0cosx xdx2.用定积分表示由曲线y =x 3和直线y =x 所围成的图形面积. 3.当f(x)≥0时,定积分∫b a f(x)dx 的几何意义是__________; 当f(x)≤0时,定积分∫b a f(x)dx 的几何意义是__________.4.根据定积分的几何意义,求∫2-24-x 2dx 的值. 答案:1.B 2.∫10(x -x 3)dx.3.由直线x =a ,x =b(a ≠b),y =0和曲线y =f(x)所围成的曲边梯形的面积 由直线x =a ,x =b(a ≠b),y =0和曲线y =f(x)所围成的曲边梯形的面积的相反数4.2π. 课堂小结1.知识收获:(1)定积分的概念;(2)定义法求简单的定积分;(3)定积分的几何意义. 2.方法收获:联想、归纳、总结的思想方法. 3.思维收获:从特殊到一般. 布置作业习题1.5A 组3、4题. 补充练习 基础练习1.将和式的极限lim n →∞ 1α+2α+…+n αn α+1(α>0)表示成定积分为( ) A .∫101xdx B .∫10x αdx C .∫101x αdx D .∫10(x n)αdx 2.将和式lim n →∞(1n +1+1n +2+…+12n )表示为定积分__________.3.曲线y =x 2,y =1所围成的图形的面积可用定积分表示为__________.拓展练习4.用定积分定义求∫10|x 2-4|dx 的值. 答案:1.B 2.∫101x +1dx 3.∫1-1(1-x 2)dx 4.233. 设计说明通过两个实例让学生自己总结出定积分的概念,这符合思维认识发展的一般规律,也符合数学发展的一般规律,同时激发学生进一步学习的浓厚兴趣,学生也从中学到了联想、猜测的归纳、总结的思想方法.例题的设置,主要是为了强化本节课的重点,通过学生自己亲自尝试、体验,才能深刻理解“分割、近似代替、求和、取极限”的微积分思想方法.本节的设计既符合教学论中的巩固性原则,也符合素质教育理论中面向全体的基本要求.备课资料备选例题:利用定义计算定积分∫10(2x -x 2)dx ,并从几何上解释这个值表示什么?思路分析:利用定积分性质1、2,可将∫10(2x -x 2)dx 转化为2∫10xdx -∫10x 2dx ,利用定积分的定义分别求出∫10xdx ,∫10x 2dx ,就能得到定积分∫10(2x -x 2)dx 的值.解:∫10(2x -x 2)dx =∫102xdx -∫10x 2dx =2∫10xdx -∫10x 2dx ,用定义求∫10xdx 的值.(1)分割在区间[0,1]上等间隔地插入n -1个点,将区间[0,1]等分成n 个小区间 [i -1n ,i n ](i =1,2,…,n),每个小区间的长度为Δx =i n -i -1n =1n . (2)近似代替、求和取ξi =i n (i =1,2,…,n),则∫10xdx ≈S n =∑i =1n i n ·1n =1n 2·n (n +1)2=n +12n.(3)取极限∫10xdx =lim n →∞S n =lim n →∞n +12n =12. 同理可求得∫10x 2dx =13,所以∫10(2x -x 2)dx =2×12-13=23. 由定积分的几何意义,可知这个值表示由直线y =2x ,x =1和曲线y =x 2所围成的图形的面积.(设计者:孙娜)。
高中数学选修2-2教案:1.5+定积分的概念(一)
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教学方案精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
读沙漠,读出了它坦荡豪放的胸怀;读太阳,读出了它普照万物的无私;读春雨,读出了它润物无声的柔情。
读大海,读出了它气势磅礴的豪情。
读石灰,读出了它粉身碎骨不变色的清白。
2、幸福幸福是“临行密密缝,意恐迟迟归”的牵挂;幸福是“春种一粒粟,秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下,悠然见南山”的闲适;幸福是“奇闻共欣赏,疑义相与析”的愉悦。
幸福是“随风潜入夜,润物细无声”的奉献;幸福是“夜来风雨声,花落知多少”的恬淡。
幸福是“零落成泥碾作尘,只有香如故”的圣洁。
幸福是“壮志饥餐胡虏肉,笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。
幸福是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的胸怀。
幸福是“人生自古谁无死,留取丹心照汗青”的气节。
3、大自然的语言丰富多彩:从秋叶的飘零中,我们读出了季节的变换;从归雁的行列中,我读出了集体的力量;从冰雪的消融中,我们读出了春天的脚步;从穿石的滴水中,我们读出了坚持的可贵;从蜂蜜的浓香中,我们读出了勤劳的甜美。
4、成功与失败种子,如果害怕埋没,那它永远不能发芽。
鲜花,如果害怕凋谢,那它永远不能开放。
矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。
蜡烛,如果害怕熄灭(燃烧),那它永远不能发光。
航船,如果害怕风浪,那它永远不能到达彼岸。
5、墙角的花,当你孤芳自赏时,天地便小了。
井底的蛙,当你自我欢唱时,视野便窄了。
笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。
山中的石!当你背靠群峰时,意志就坚了。
水中的萍!当你随波逐流后,根基就没了。
空中的鸟!当你展翅蓝天中,宇宙就大了。
空中的雁!当你离开队伍时,危险就大了。
地下的煤!你燃烧自己后,贡献就大了6、朋友是什么?朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。
朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。
高中数学选修系列2选修2-2《微积分学基本定理定积分计算》教案
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§5 微积分学基本定理•定积分计算(续)教学目的:熟练掌握微积分学基本定理及定积分的换元与分部积分法。
重点难点:重点为微积分基本定理,难点为泰勒公式的积分型余项。
教学方法:讲练结合。
本节要在定积分形式下证明连续函数必定存在原函数. 一 变限积分与原函数的存在性设f 在[]b a ,上可积,根据定积分的性质4,对任何[]b a x ,∈,f 在[]x a ,上也可积.于是,由 ()(),dt t f x xa⎰=Φ[]b a x ,∈ (1)定义了一个以积分上限为自变量的函数,称为变上限的定积分.类似可定义变下限的定积分: ()(),dt t f x bx⎰=ψ[]b a x ,∈. (2)Φ与ψ统称为变限积分.注意,在变限积分(1)与(2)中,不可再把积分变量x 写成()dx x f xa⎰,以免与积分上、下限的x 相混淆.变限积分所定义的函数有着重要的性质.由于()(),dt t f dt t f bxbx⎰⎰-=因此下面只讨论变上限积分的情形.定理9.9 若f 在[]b a ,上可积,则由(1)式所定义的函数Φ在[]b a ,上连续. 证 对[]b a ,上任一确定的点x ,只要[]b a x x ,∈∆+,按定义式(1)有 ()()().dt t f dt t f dt t f xx xx axx a⎰⎰⎰∆+∆+=-=∆Φ因f 在[]b a ,上有界,可设()[]b a t M t f ,,∈≤.于是,当0>∆x 时有 ()();x M dt t f dt t f xx xxx x∆≤≤=∆Φ⎰⎰∆+∆+当0<∆x 时则有x M ∆≤∆Φ.由此得到 ,0lim 0=∆Φ→∆x即证得Φ在点x 连续.由x 的任意性,Φ在[]b a ,上处处连续. 口定理9.10 (原函数存在定理) 若f 在[]b a ,上连续,则由(1)式所定义的函数Φ在[]b a ,上处处可导,且()()()[].,,b a x x f dt t f dxd x xa ∈==Φ'⎰ (3)证 对[]b a ,上任一确定的x ,当0≠∆x 且[]b a x x ,∈∆+时,按定义式(1)和积分第一中值定理,有()().10,1≤≤∆+=∆=∆∆Φ⎰∆+θθx x f dt t f xx xx x 由于f 在点x 连续,故有 ()()().lim lim0x f x x f x x x x =∆+=∆∆Φ=Φ'→∆→∆θ由x 在[]b a ,上的任意性,证得Φ是f 在[]b a ,上的一个原函数. 口本定理沟通了导数和定积分这两个从表面看去似不相干的概念之间的内在联系;同时也证明了“连续函数必有原函数”这一基本结论,并以积分形式给出了f 的一个原函数.正因为定理9.10的重要作用而被誉为微积分学基本定理.此外,又因f 的任意两个原函数只能相差一个常数,所以当f 为连续函数时,它的任一原函数F 必满足 ()().C dt t f x F xa+=⎰若在此式中令a x =,得到()a F C =,从而有()).()(a F x F dt t f xa-=⎰再令b x =,有()).()(a F x F dt t f ba-=⎰这是牛顿-莱布尼茨公式的又一证明.定理9.11 (积分第二中值定理) 设函数f 在[]b a ,上可积. (ⅰ)若函数g 在[]b a ,上减,且()0≥x g ,则存在 []b a ,∈ξ,使()()()()dx x f a g dx x g x f ab a⎰⎰=ξ(ⅱ)若函数g 在[]b a ,上增,且()0≥x g ,则存在 []b a ,∈η,使()()()()dx x f b g dx x g x f bba⎰⎰=η推论 设函数f 在[]b a ,上可积, 若函数g 为单调函数,则存在[]b a ,∈ξ,使()()=⎰dx x g x f ba()()()()dx x f b g x f a g ba⎰⎰+ξξ积分第二中值定理以及它的推论是今后建立反常积分收敛判别法的工具.二 换元积分法与分部积分法定理9.12 (定积分换元积分法) 若函数f 在[]b a ,上连续,ϕ在[]βα,上连续可微,且满足 ()()()[]βαϕϕϕ,,,,∈≤≤==t b t a b b a a ,则有定积分换元公式:()()()()dt t t f dx x f b aϕϕβα'=⎰⎰ (9)证 由于(9)式两边的被积函数都是连续函数,因此它们的原函数都存在.设F 是f 在[]b a ,上的一个原函数,由复合函数微分法()()()()()()()()t t f t t F t F dtdϕϕϕϕϕ'=''= 可见()()t F ϕ是()()()t t f ϕϕ'的一个原函数.根据牛顿一莱布尼茨公式,证得()()()()()()()a F F dt t t f ϕβϕϕϕβα-='⎰()()()dx x f a F b F ba ⎰=-=从以上证明看到,在用换元法计算定积分时,一旦得到了用新变量表示的原函数后,不必作变量还原,而只要用新的积分限代人并求其差值就可以了.这就是定积分换元积分法与不定积分换元积分法的区别,这一区别的原因在于不定积分所求的是被积函数的原函数,理应保留与原来相同的自变量;而定积分的计算结果是一个确定的数,如果(9)式一边的定积分计算出来了,那么另一边的定积分自然也求得了.注 如果在定理9.12的条件中只假定f 为可积函数,但还要求ϕ是单调的,那么(9)式仍然成立.(本节习题第14题)例 计算.112dx x ⎰-解 令t x sin =,当t 由0变到2π时,x 由0增到1,故取[].2,0,⎥⎦⎤⎢⎣⎡=πβα应用公式(9),并注意到在第一象限中0cos ≥t ,则有tdt tdt t dx x ⎰⎰⎰=-=-20220212cos cos sin 11ππ()2202sin 21212cos 121ππ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=⎰t t dt t.4π=例2 计算⎰22.cos sin πtdt t解 逆向使用公式(9),令,sin ,cos tdt dx t x -==当t 由0变到2π时,x 由1减到0,则有.31cos sin 102200122⎰⎰⎰==-=dx x dx x tdt t π例3计算().11ln 102dx x x J ⎰++=解 令t x tan =,当t 从0变到4π时,x 从0增到1.于是由公式(9)及21x dx dt +=得到()dt ttt dt t J ⎰⎰+=+=404cos sin cos lntan 1ln ππdt tt ⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛-=40cos 4cos 2lnππ.cos ln 4cos ln 2ln 404040dt t dt t dt ⎰⎰⎰-⎪⎭⎫⎝⎛-+=ππππ对最末第二个定积分作变换t u -=4π,有dt t ⎰⎪⎭⎫⎝⎛-404cos ln ππ()⎰⎰=-=4004,cos ln cos ln ππudu du u它与上面第三个定积分相消.故得.2ln 82ln 40ππ==⎰dt J事实上,例3中的被积函数的原函数虽然存在,但难以用初等函数来表示,因此无法直接使用牛顿一莱布尼茨公式.可是像上面那样,利用定积分的性质和换元公式(9),消去了其中无法求出原函数的部分,最终得出这个定积分的值.换元积分法还可用来证明一些特殊的积分性质,如本节习题中的第5,6,7等题. 定理9.13 (定积分分部积分法)若()()x v x u ,为[]b a ,上的连续可微函数,则有定积分分部积分公式:()()()()()().dx x v x u x v x u dx x v x u baba ba⎰⎰'-=' (10)证 因为uv 是v u v u '+'在[]b a ,上的一个原函数,所以有()()dx x v x u ba'⎰+()()dx x v x u b a⎰'()()()()[]dx x v x u x v x u ba⎰'+'==()()ba x v x u .移项后即为(10)式.为方便起见,公式(10)允许写成()()=⎰x dv x u b a=()()bax v x u ()().x du x v ba⎰- (01')例4 计算.ln 12xdx x e⎰解()⎪⎭⎫ ⎝⎛-==⎰⎰⎰dx x x x x xd xdx x e e e e12131312ln 31ln 31ln ().129131313133+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=e x e e例5 计算dx x n ⎰2sin π和.,2,1,cos 20Λ=⎰n xdx n π解 当2≥n 时,用分部积分求得()⎰⎰---+-==202220120cos sin 1cos sinsin πππxdx x n xx xdx J n n n n()()xdx n xdx n n n ⎰⎰---=-20202sin 1sin1ππ()().112n n J n J n ---=-移项整理后得到递推公式:.2,12≥-=-n J nn J n n 由于,1sin ,2201200=⎰==⎰=xdx J dx J πππ重复应用递推式(11)便得()()()()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+=⋅--⋅+=⋅-=⋅--⋅-=+.!!12!!21321222122,2!!2!!122212232212122m m m m m m J m m m m m m J m m ΛΛππ ()12 令t x -=2π,可得.sin 2cos cos 200220xdx dt t xdx n nnππππ⎰=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎰-=⎰因而这两个定积分是等值的.由例5结论(12)可导出著名的沃利斯(Wallis)公式:()().121!!12!!2lim 22+⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∞→m m m m π()13 事实上,由,sin 2cos sin 1220021220xdx dt t xdx m n n -+⎰=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎰<⎰ππππ 把(12)代人,得到()()()()()(),!!12!!222!!2!!12!!12!!2--<⋅-<-m m m m m m π由此又得()()()().21!!12!!22121!!12!!222m m B m m m m m m A =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-<<+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=π 因为()()()(),02211221!!12!!22∞→→⋅<+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-<m m m m m m A B o m m π所以().0lim =-∞→m m m A B 而,2m m m A B A -<-π故得2lim π=∞→m m A (即()13式).三 泰勒公式的积分型余项若在[]b a ,上()x u 、()x v 有1+n 阶连续导函数,则有()()()()()()()()()Λ+'-=⎰-+x v x u x v x u dx x vx u n n n b a 11[ ()()()()()()()()dx x v x u x v x u n ban b a n n111]1++⎰-+-+().,2,1Λ=n ()14 这是推广的分部积分公式,读者不难用数学归纳法加以证明.下面应用公式()14 导出泰勒公式的积分型余项.设函数f 在点0x 的某邻域()0x U 内有1+n 阶连续导函数.令∈x ()0x U ,()()nt x t u -=,()()t f t v =,[]x x t ,0∈(或[]0,,x x ).利用(14)式得()()()()()()()()()Λ+-+-=-⎰--+t f t x n t f t x dt t ft x n n n nn nx x 111[0()()dt t f t f n xx xx ⋅⎰++0]!00()()()()Λ+-'+-=000[!!x x x f x f n x f n()()()]!00n n x x n x f -+()x R n n !=,其中()x R n 即为泰勒公式的n 阶余项.由此求得()()()()dt t x t f n x R n n x x n -⎰=+10!1, ()15这就是泰勒公式的积分型余项. 由于()()t fn 1+连续,()n t x -在[][]()00,,x x x x 或上保持同号,因此由推广的积分第一中值定理,可将()15式写作()()()()dt t x f n x R nx x n n -⎰=+01!1ξ ()()()()101!11++-+=n n x x f n ξ,其中()10,00≤≤-+=θθξx x x .这就是以前所熟悉的拉格朗日型余项. 如果直接用积分第一中值定理于(15),则得()()()()()01!1x x x fn x R n n n --=+ξξ, ()10,00≤≤-+=θθξx x x . 由于()()()[]()0000x x x x x x x x x n n ----=--θξ()()101+--=n nx x θ因此又可进一步把()x R n 改写为()x R n ()()()()(),1!110001++---+=n n n x x x x x fn θθ .10≤≤θ (16)特别当00=x 时,又有 ()x R n ()()().10,1!111≤≤-=++θθθn n n x x fn (17) 公式(16)、(17)称为泰勒公式的柯西型余项.各种形式的泰勒公式余项,将在第十四章里显示它们的功用.作业:2,3,4(1),(6)(9)。
人教课标版高中数学选修2-2《定积分的概念》教案-新版
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1.5.3 定积分的概念一、教学目标 1.核心素养通过定积分的概念的学习,提升分析问题、解决问题的能力、抽象概括能力和逻辑思维能力. 2.学习目标(1)借助几何直观体会定积分的基本思想; (2)初步了解定积分的概念. 3.学习重点定积分的概念与定积分的几何意义 4.学习难点 定积分的概念 二、教学设计 (一)课前设计 1.预习任务任务:预习教材P 45—P 48,完成相应练习题 2.预习自测 1.设f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2(x ≥0),2x(x <0),则⎠⎛-11f (x )dx 等于( )A .⎠⎛-11x 2dxB .⎠⎛-112x dC .⎠⎛-10x 2dx +⎠⎛012x dxD .⎠⎛-102x dx +⎠⎛01x 2dx 答案:D2.定积分⎰13(-3)dx 等( )A .-6B .6C .-3D .3 答案:A3.已知t >0,若⎠⎛0t (2x -2)dx =8,则t =( )A .1B .-2C .-2或4D .4 答案:D (二)课堂设计 1.知识回顾求曲边梯形面积的步骤①分割:把区间[a ,b ]等分成n 个小区间;②近似代替:对每个小曲边梯形“以直代曲”,用小矩形的面积近似代替小曲边梯形的面积,得到每个小曲边梯形面积的近似值;③求和:计算出n 个小矩形的面积之和n S ,n S 即为曲边梯形面积的近似值; ④取极限:求lim n n S S →+∞=(S 即为曲边梯形的面积)2.问题探究问题探究一 什么是定积分?学生活动:阅读课本相应内容,找到定积分的定义,并概括出求定积分的基本步骤:如果函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b-=<<<<<<<=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,在每个小区间1[,]i i x x -上任取一点()12i i ,,...,n ξ=,作和式11()()nni i i i b af x f nξξ==-∆=∑∑,当n →∞时,上述和式无限接近某个常数,这个常数叫做函数()f x 在区间[,]a b 上的定积分,记做()ba f x dx ⎰.即1()lim ()nbi a n i b af x dx f nξ→∞=-=∑⎰.这里,a 与b 分别叫做积分下限与积分上限,区间[,]a b 叫做积分区间,函数()f x 叫做被积函数,x 叫做积分变量,()f x dx 叫做被积式.问题探究二 定积分的几何意义. 学生活动:定积分的定义和我们上节课所讲的曲边梯形的面积的求法有没有相同之处?你能说明定积分的几何意义吗?定积分的定义与曲边梯形面积的求法本质是相同的.如果在区间[,]a b 上()f x 连续且恒有()0f x ≥,则定积分()baf x dx ⎰的几何意义是由,,0x a x b y ===与()y f x =所围成的曲边梯形的面积.问题探究三 学生活动:根据定积分的几何意义,论证定积分的性质 定积分的性质:(1)()()bba akf x dx k f x dx =⎰⎰(k 为常数)(2)1212[()()]()()bbba a af x f x dx f x dx f x dx ±=±⎰⎰⎰; (3)()()()bcba a cf x dx f x dx f x dx =±⎰⎰⎰(其中a c b <<). 性质(1)(2)称为定积分的线性性质,性质(3)称为定积分对积分区间的可加性.例1.计算定积分21(1)x dx+⎰详解:所求定积分即为如图阴影部分面积,面积为52.即:215(1)2x dx +=⎰点拨:从定积分的几何意义出发解题3.课堂总结 【知识梳理】1.定积分的定义:如果函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b -=<<<<<<<=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,在每个小区间1[,]i i x x -上任取一点i ξ(1,2,,)i n =,作和式11()()nni i i i b af x f nξξ==-∆=∑∑,当n →∞时,上述和式无限接近某个常数,这个常数叫做函数()f x 在区间[,]a b 上的定积分,记做()baf x dx ⎰.即1()lim ()nbi a n i b af x dx f nξ→∞=-=∑⎰. 这里,a 与b 分别叫做积分下限与积分上限,区间[,]a b 叫做积分区间,函数()f x 叫做被积函数,x 叫做积分变量,()f x dx 叫做被积式2.定积分的几何意义:如果在区间[,]a b 上()f x 连续且恒有()0f x ≥,则定积分()baf x dx ⎰的几何意义是由,,0x a x b y ===与()y f x =所围成的曲边梯形的面积3.定积分的性质:(1)()()b ba a kf x dx k f x dx =⎰⎰ (k 为 常 数 )(2)1212[()()]()()b b ba a af x f x dx f x dx f x dx ±=±⎰⎰⎰; (3)()()()bcba a cf x dx f x dx f x dx =±⎰⎰⎰(其中a c b <<). 性质(1)(2)称为定积分的线性性质,性质(3)称为定积分对积分区间的可加性.【重难点突破】(1)计算定积分过程中的两个常用结论 ①211(1)(21)6ni i n n n ==++∑;②231(1)2ni n n i =+⎡⎤=⎢⎥⎣⎦∑; ③11101110lim k k k k kk k n k k k a n a n a n a a b b n b n b n b ---→∞-⋅++++=⋅++++(其中i a ,i b 为常数,0,1,,i k =).(2)定积分的概念①定积分()ba f x dx ⎰就是和式1()ni i b af n ξ=-∑的极限,即()b a f x dx ⎰表示当n →∞时,和式1()ni i b af n ξ=-∑所趋向的定值. ②在计算定积分的过程中,为了计算的方便,我们常常将定义中的i ξ取为第i (1,2,,i n =)个小区间的左端点或右端点.③定积分()ba f x dx ⎰的值只取决于被积函数()f x 与积分上、下限,而与积分变量用什么字母表示无关,即()()()b b ba a a f x dx f u du f t dt ===⎰⎰⎰.(3)定积分的几何意义①当()f x 对应的曲线位于x 轴上方时,定积分的值为正值,且等于曲边图形的面积;当()f x 对应的曲线位于x 轴下方时,定积分的值为负值,且等于曲边图形面积的相反数;当()f x 对应的曲线x 轴上、下方都有时,定积分等于曲边图形面积的代数和,即等于x 轴上方曲边图形的面积减去x 轴下方曲边图形的面积.②定积分有很多实际意义,如:变速运动路程21()t t s v t dt =⎰;变力做功()baW F r dr =⎰.(4)根据定积分的几何意义,易得以下性质: ①在区间[,]a b 上,若()0f x ≥,则()0baf x dx ≥⎰;②在区间[,]a b 上,若()()f x g x ≤,则()()bba a f x dx g x dx ≤⎰⎰;③()()b baaf x dx f x dx ≤⎰⎰.(5)定积分的性质的推广 ①11221122[()()()]()()()bb bbn n n n a aaak f x k f x k f x dx k f x dx k f x dx k f x dx +++=+++⎰⎰⎰⎰;②121()()()()nbc c ba a c c f x dx f x dx f x dx f x dx =+++⎰⎰⎰⎰(其中12n a c c c b <<<<<).4.随堂检测1.定积分⎠⎛ab f (x )dx 的大小( )A .与y =f (x )和积分区间[a ,b ]有关,与ξi 的取法无关B .与y =f (x )有关,与积分区间[a ,b ]和ξi 的取法无关C .与y =f (x )和ξi 的取法有关,与积分区间[a ,b ]无关D .与y =f (x )、积分区间[a ,b ]、ξi 的取法均无关 答案:A解析:【知识点:定积分】定积分的大小仅与被积函数和积分的上、下限有关. 2.下列结论中成立的个数是( ) ①⎠⎛01x 3dx =∑i =1ni 3n 3·1n ;②⎠⎛01x 3dx =(i -1)3n 3·1n ; ③⎠⎛01x 3dx =i 3n 3·1nA .0B .1C .2D .3 答案:C解析:【知识点:定积分】积分是一个极限的形式,根据积分的定义可知②③正确. 3.定积分⎠⎛13(-3)dx 等于( ) A .-6 B .6 C .-3 D .3 答案:A解析:【知识点:定积分】⎠⎛133dx 表示图中阴影部分的面积S =3×2=6,⎠⎛13(-3)dx =-⎠⎛133dx =-6. 4.已知函数f (x )=sin 5x +1,根据函数的性质、积分的性质和积分的几何意义,探求f (x )dx 的值,结果是( )A.16+π2 B .π C .1 D .0 答案:B解析:【知识点:定积分】(sin 5x +1)dx =sin 5xdx +1dx ,∵y =sin 5x 在[-π2,π2]上是奇函数,∴sin 5xdx =0.而1dx ==π,故f (x )dx =π,故选B.5.设a =⎠⎛01x 13dx ,b =⎠⎛01x 2dx ,c =⎠⎛01x 3dx ,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .c >a >bB .a >b >cC .a =b >cD .a >c >b 答案:B.解析:【知识点:定积分】根据定积分的几何意义,易知⎠⎛01x 3dx <⎠⎛01x 2dx <⎠⎛01x 13dx ,即a >b >c ,故选B.(三)课后作业 基础型 自主突破1.定积分⎠⎛01(2+1-x 2)dx =________.答案:24π+解析:【知识点:定积分】原式=⎠⎛012dx +⎠⎛011-x 2dx .∵⎠⎛012dx =2,⎠⎛011-x 2dx =π4,∴⎠⎛01(2+1-x 2)dx =π4+2.2.直线x =1,x =-1,y =0及曲线y =x 3+sin x 围成的平面图形的面积可用定积分表示为________. 答案:S =2⎠⎛01(x 3+sin x )dx .解析:【知识点:定积分】因y =x 3+sin x 为奇函数,故⎠⎛0-1(x 3+sin x )dx =-⎠⎛01(x 3+sin x )dx <0,所以S =2⎠⎛01(x 3+sin x )dx .3.若y =f (x )的图象如图所示,定义F (x )=⎠⎛0x f (t )dt ,x ∈[0,1],则下列对F (x )的性质描述正确的有________.(1)F (x )是[0,1]上的增函数; (2)F ′(1)=0;(3)F (x )是[0,1]上的减函数; (4)∃x 0∈[0,1]使得F (1)=f (x 0). 答案:(1),(2),(4) 解析:【知识点:定积分】由定积分的几何意义可知,F (x )表示图中阴影部分的面积,且F (1)=⎠⎛01f (t )dt 为一个常数,当x 逐渐增大时,阴影部分的面积也逐渐增大,所以F (x )为增函数,故(1),(2)正确,(3)错误.由定积分的几何意义可知,必然∃x 0∈[0,1],使S 1=S 2,此时矩形ABCO 的面积与函数f (x )的图象与坐标轴围成的区域的面积相等,即F (1)=⎠⎛01f (t )dt =f (x 0),故(4)正确.所以对F (x )的性质描述正确的有(1),(2),(4). 4.用定积分表示下列阴影部分的面积(不要求计算):答案:见解析解析:【知识点:定积分】(1)sin xdx .(2) ⎠⎛-42⎠⎛2-412x 2dx .(3)-⎠⎛49-x 12dx =⎠⎛49x 12dx .5.已知⎠⎛01x 3dx =14,⎠⎛12x 3dx =154,⎠⎛12x 2dx =73,⎠⎛24x 2dx =563,求:(1)⎠⎛023x 3dx ;(2)⎠⎛146x 2dx ;(3)⎠⎛12(3x 2-2x 3)dx . 答案:见解析解析:【知识点:定积分】(1)⎠⎛023x 3dx =3⎠⎛02x 3dx =3(⎠⎛01x 3dx +⎠⎛12x 3dx )=3⎝ ⎛⎭⎪⎫14+154=12.(2)⎠⎛146x 2dx =6(⎠⎛12x 2dx +⎠⎛24x 2dx )=6⎝ ⎛⎭⎪⎫73+563=126.(3)⎠⎛12(3x 2-2x 3)dx =3⎠⎛12x 2dx -2⎠⎛12x 3dx =3×73-2×154=-12.能力型 师生共研6.将和式的极限 1p +2p +3p +…+n p n p +1(p >0)表示成定积分为( )A.⎠⎛011x dxB.⎠⎛01x p dxC.⎠⎛01⎝ ⎛⎭⎪⎫1x pd D.⎠⎛01⎝ ⎛⎭⎪⎫x n p dx 答案:B解析:【知识点:定积分】 令ξi =in ,f (x )=x p ,则1p +2p +3p +…+n pn p +1=∑i =1n1n f (ξi )=⎠⎛01x p dx .7.将(1n +1+1n +2+…+12n )表示为定积分为________. 答案:⎠⎛0111+x dx解析:【知识点:定积分】 由定积分的定义(1n +1+1n +2+…+12n )=∑i =1n(1in +1)·1n =∑i =1n(n n +i )·1n=⎠⎛0111+x dx . 8.设f (x )=⎩⎨⎧-2x +4,x >1,x +1,0≤x ≤1,求⎠⎛02f (x )dx .答案:见解析解析:【知识点:定积分】∵f (x )=⎩⎨⎧-2x +4,x >1,x +1,0≤x ≤1,∴⎠⎛02f (x )dx =⎠⎛01(x +1)dx +⎠⎛12(-2x +4)dx .又由定积分的几何意义得 ⎠⎛01(x +1)dx =12(1+2)×1=32, ⎠⎛12(-2x +4)dx =12×1×2=1, ∴⎠⎛02f (x )dx =32+1=52. 9.抛物线y =12x 2将圆面x 2+y 2≤8分成两部分,现在向圆面上均匀投点,这些点落在图中阴影部分的概率为14+16π,求⎠⎛02(8-x 2-12x 2)dx .答案:见解析解析:【知识点:定积分】 解方程组⎩⎪⎨⎪⎧x 2+y 2=8,y =12x 2,得x =±2.∴阴影部分的面积为⎠⎛-22(8-x 2-12x 2)dx .∵圆的面积为8π,∴由几何概型可得阴影部分的面积是8π·(14+16π)=2π+43.由定积分的几何意义得⎠⎛02(8-x 2-12x 2)dx =12⎠⎛-22 (8-x 2-12x 2)dx =π+23.探究型 多维突破10.已知函数f (x )=⎩⎨⎧x 3 x ∈[-2,2],2x x ∈[2,π],cos x x ∈[π,2π].则22()f x dx π-=⎰________.答案:见解析解析:【知识点:定积分】由定积分的几何意义知⎠⎛-22x 3dx =0,⎠⎛2π2xdx =(π-2)(2π+4)2=π2-4,由于cos x 关于32x π=对称,故2cos 0xdx ππ=⎰,由定积分的性质得⎠⎛-22πf (x )dx =⎠⎛-22x 3dx +⎠⎛2π2xdx +2cos xdx ππ⎰=π2-4.11.设y =f (x )为区间[0,1]上的连续函数,且恒有0≤f (x )≤1,可以用随机模拟方法近似计算积分⎠⎛01f (x )dx .先产生两组(每组N 个)区间[0,1]上的均匀随机数x 1,x 2,…,x N 和y 1,y 2,…,y N ,由此得到N 个点(x i ,y i )(i =1,2,…,N ).再数出其中满足y i ≤f (x i )(i =1,2,…,N )的点数N 1,那么由随机模拟方法可得积分⎠⎛01f (x )dx 的近似值为________________. 答案:见解析解析:【知识点:定积分】因为0≤f (x )≤1且由积分的定义知:⎠⎛01f (x )dx 是由直线x =0,x =1及曲线y =f (x )与x 轴所围成的面积.又产生的随机数对在如图所示的正方形内,正方形面积为1,且满足y i ≤f (x i )的有N 1个点,即在函数f (x )的图象上及图象下方有N 1个点,所以用几何概型的概率公式得:f (x )在x =0到x =1上与x 轴围成的面积为N 1N×1=N 1N ,即⎠⎛01f (x )dx =N 1N .自助餐1.已知⎠⎛a b f (x )dx =6,则⎠⎛a b 6f (x )dx 等于( )A .6B .6(b -a )C .36D .不确定 答案:C解析:【知识点:定积分】 2.11x dx --⎰等于( )A .11()x dx --⎰B .11xdx -⎰C .0110()x dx xdx --+⎰⎰D .0110()xdx x dx -+-⎰⎰ 答案:C解析:【知识点:定积分】3.设连续函数f (x )>0,则当a <b 时,定积分⎠⎛a b f (x )dx 的符号( )A .一定是正的B .一定是负的C .当0<a <b 时是正的D .以上都不对 答案:A解析:【知识点:定积分】4.若⎠⎛a b f (x )dx =1,⎠⎛a b g (x )dx =-3,则⎠⎛a b [2f (x )+g (x )]dx =( )A .2B .-3C .-1D .4 答案:C解析:【知识点:定积分】5.设a =10⎰x 13dx ,b =10⎰x 2dx ,c =1⎰x 3dx ,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .c >a >bB .a >b >cC .a =b >cD .a >c >b 答案:B解析:【知识点:定积分】根据定积分的几何意义,易知⎰01x 3dx <⎰01x 2dx <⎰01x 13dx ,即a >b >c .6.由曲线y =x 2-1,直线x =0,x =2和x 轴围成的封闭图形的面积(如图)可表示为( )A.220(1)x dx -⎰B.2201x dx -⎰C.220(1)x dx -⎰D.122201(1)(1)x dx x dx -+-⎰⎰ 答案:B解析:【知识点:定积分】由定积分的几何意义知,阴影部分的面积为2121222211(1)(1)(1)(1)x dx x dx x dx x dx ---=-++⎰⎰⎰⎰2201x dx =-⎰7.⎠⎛06(2x -4)dx =____________. 答案:12解析:【知识点:定积分】A (0,-4),B (6,8),M (2,0),S △AOM =12×2×4=4,S △MBC =12×4×8=16,∴⎠⎛06(2x-4)dx =16-4=128.已知f (x )是一次函数,其图象过点(3,4)且⎠⎛01f (x )dx =1,则f (x )的解析式为_________________. 答案:f (x )=65x +25解析:【知识点:定积分】设f (x )=ax +b (a ≠0),∵f (x )图象过(3,4)点,∴3a +b =4.又⎠⎛01f (x )dx =⎠⎛01(ax +b )dx =a ⎠⎛01xdx +⎠⎛01bdx =12a +b =1.解方程组⎩⎪⎨⎪⎧3a +b =4,12a +b =1,得⎩⎪⎨⎪⎧a =65,b =25.∴f (x )=65x +25.9.定积分⎠⎛-33(9-x 2-x 3)dx 的值为________.答案:92π 解析:【知识点:定积分】 如图,由定积分的几何意义,得⎠⎛-339-x 2dx =π×322=9π2,⎠⎛-33x 3dx =0.由定积分的性质,得 ⎠⎛-33(9-x 2-x 3)dx =⎠⎛-339-x 2dx -⎠⎛-33x 3dx =9π2. 10.已知f (x )=错误!未找到引用源。
湘教版高中数学选修2-2《定积分的概念》教案教案
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4.5.3定积分的概念一、目标导学 教学目标:1.通过求曲边梯形的面积和变速直线运动的路程,了解定积分的背景;2.借助于几何直观定积分的基本思想,了解定积分的概念,能用定积分法求简单的定积分.3.理解掌握定积分的几何意义;教学重点:定积分的概念、定积分法求简单的定积分、定积分的几何意义. 教学难点:定积分的概念、定积分的几何意义.教学过程: 二、自主探究 复习:1. 回忆前面曲边图形面积,变速运动的路程,变力做功等问题的解决方法,解决步骤:2.对这四个步骤再以分析、理解、归纳,找出共同点. 三、交流点拨1.定积分的概念 一般地,设函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b -=<<<<<<<=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,每个小区间长度为x ∆(b ax n-∆=),在每个小区间[]1,i i x x -上取一点()1,2,,i i n ξ=,作和式:11()()nnn i i i i b aS f x f nξξ==-=∆=∑∑如果x ∆无限接近于0(亦即n →+∞)时,上述和式n S 无限趋近于常数S ,那么称该常数S 为函数()f x 在区间[,]a b 上的定积分。
记为:()ba S f x dx =⎰其中()f x 成为被积函数,x 叫做积分变量,[,]a b 为积分区间,b 积分上限,a 积分下限。
说明:(1)定积分()baf x dx ⎰是一个常数,即n S 无限趋近的常数S (n →+∞时)称为()baf x dx ⎰,而不是n S .(2)用定义求定积分的一般方法是:①分割:n 等分区间[],a b ;②近似代替:取点[]1,i i i x x ξ-∈;③求和:1()ni i b af nξ=-∑;④取极限:()1()lim nbi an i b af x dx f nξ→∞=-=∑⎰(3)曲边图形面积:()baS f x dx =⎰;变速运动路程21()t t S v t dt =⎰;变力做功 ()baW F r dr =⎰2.定积分的几何意义说明:一般情况下,定积分()ba f x dx ⎰的几何意义是介于x 轴、函数()f x 的图形以及直线,x a x b ==之间各部分面积的代数和,在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积去负号.(可以先不给学生讲).分析:一般的,设被积函数()y f x =,若()y f x =在[,]a b 上可取负值。
人教a版数学【选修2-2】1.5.3《定积分的概念》ppt课件
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[答案] C
π π [解析] 由定积分的几何意义知 sinxdx>0, cosxdx=0,
0 0
所以C不成立,故应选C.
3.下列值等于1的是(
1 A. xdx
0
)
1 B. (x+1)dx
0
C. 1dx
1(x)dx± f2(x)dx b a ② f ( x )]d x = __________________ ; [f1(x)± 2 b a
a
b c ③ f ( x )d x =
a
f(x)dx f(x)dx+__________ (其中a<c<b).
典例探究学案
定积分的定义
1 3 求 x dx.
0
[分析] 这里的被积函数f(x)=x3显然是连续函数.现按定
1 3 义中包含的几个步骤来求 x dx.
0
[解析] (1)分割[0,1]: n-1 n 1 2 0<n<n<…< n <n=1. (2)近似代替:作和
1 1 2 1 n 1 3 3 ·+ ·+…+ 3·. n n n n n n i 1 . = n3· n i=1
n
(因为x3连续,所以ξi可随意取而不影响极限,故我们此处 将ξi取为[xi,xi+1]的右端点也无妨)
(3)取极限:
i 1 nn+1 1 n 3 1 2 3 ·= 4 i = 4 n n n n 2 i =1 i=1
1 0
[答案] C [解析] 由积分的几何意义可知选C.
π 4.由正切曲线y=tanx,直线x=0和x= 4 ,x轴所围成的平 面区域的面积用积分表示为________.
人教版高中数学选修2-21.5.3定积分的概念教案
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1.5.3 定积分的观点教课建议1.教材剖析,经过归纳它们的共同特点本节是在前方研究曲边梯形的面积和变速直线运动的行程的基础上而引入定积分的观点,给出定积分的几何意义与基天性质.要点是定积分的观点 ,几何意义和性质 ;难点是定积分的求解方法和应用 .2.主要问题及教课建议(1)定积分的观点的理解 .,可作以下说明 .建议教师为了加深学生对定积分观点的理解①定积分的含义 .定积分 f(x)dx 是一种特定形式的和式f(ξi)的极限,即f(x)dx表示当n→ ∞时,和式f(ξi)所趋势的定值 .②解说 f(x)dx 中符号的含义 .③指引学生领会数学的力量.定积分把曲边梯形的面积、变速直线运动的行程这两个背景和实际意义截然相反的问题的结果,表示成了相同的形式,这显示了定积分的强盛的威力,也表示了数学的威力 .(2)定积分的几何意义 .建议教师让学生回首前方两个实例,联合图形 ,经过逐渐剖析 ,充足利用教材中的“研究”和“思虑”得出定积分的几何意义 .备选习题1 .计算:(1)s in xdx=;(2)( -)dx=.分析 :(1)∵曲线 y= sin x 在 [0,2π]上对于点 ( π,0)对称 ,∴sin xdx= sin dx+ sin xdx= sin xdx-sin xdx=0.(2)曲线 y= (x∈ [0,2]) 表示圆心在原点 ,半径为 2 的圆在第一象限的圆弧,则 dx 表示由直线x= 0,x= 2,y=0 和曲线 y= 围成的图形面积∵πr2∴, S== π,dx= π,∴(-)dx=- dx=- π.答案 :(1)0 (2)-π2 .求定积分-x)dx的值.解:22-x)dx 表示圆 (x-1) +y = 1(y≥ 0)的一部分与直线 y=x 所围成的图形 (图中暗影部分 )的面积 ,故原式=×π×12- ×1×1=.。
高中数学 专题1.5.3 定积分的概念教案 新人教A版选修2-2-新人教A版高二选修2-2数学教案
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定积分的概念【教学目标】1.了解定积分的概念,会用定义求定积分.2.理解定积分的几何意义.3.掌握定积分的基本性质.【教法指导】本节学习重点:掌握定积分的基本性质.本节学习难点:理解定积分的几何意义.【教学过程】☆复习引入☆任何一个平面图形都有面积,其中矩形、正方形、三角形、平行四边形、梯形等平面多边形的面积,可以利用相关公式进行计算.如图所示的平面图形,是由直线x=a,x=b(a≠b),y=0和曲线y=f(x)所围成的,称之为曲边梯形,如何计算这个曲边梯形的面积呢?解析:请同学思考并回顾以前所学知识并积极回答之.☆探索新知☆探究点一定积分的概念思考1 分析求曲边梯形的面积和变速直线运动的路程,找一下它们的共同点.答两个问题均可以通过“分割、近似代替、求和、取极限”解决,都可以归结为一个特定形式和的极限.思考2 怎样正确认识定积分ʃb a f(x)d x?(2)定积分就是和的极限limn→∞∑ni=1(ξi)·Δx,而ʃb a f(x)d x只是这种极限的一种记号,读作“函数f(x)从a到b 的定积分”.(3)函数f(x)在区间[a,b]上连续这一条件是不能忽视的,它保证了和的极限(定积分)的存在(实际上,函数连续是定积分存在的充分条件,而不是必要条件).例1 利用定积分的定义,计算ʃ10x3d x的值.解令f(x)=x3.(1)分割在区间[0,1]上等间隔地插入n -1个分点,把区间[0,1]等分成n 个小区间[i -1n ,in](i =1,2,…,n ),每个小区间的长度为Δx =i n -i -1n =1n.(2)近似代替、求和取ξi =in(i =1,2,…,n ),则ʃ10x 3d x ≈S n =∑ni =1f (in)·Δx =∑ni =1(i n )3·1n=1n 4∑ni =1i 3=1n 4·14n 2(n +1)2=14(1+1n)2. (3)取极限ʃ10x 3d x =lim n →∞S n =lim n →∞14(1+1n )2=14. 反思与感悟 (1)利用定积分定义求定积分的数值仍然是“分割、近似代替、求和、取极值”这一过程,需要注意的是在本题中将近似代替、求和一起作为步骤(2),从而省略了解题步骤. (2)从过程来看,当f (x )≥0时,定积分就是区间对应曲边梯形的面积. 跟踪训练1 用定义计算ʃ21(1+x )d x .2+i -1n ,从而得∑n i =1f (ξi )Δx =∑ni =1(2+i -1n )·1n =∑n i =1⎝ ⎛⎭⎪⎫2n +i -1n 2 =2n ·n +1n2[0+1+2+…+(n -1)]=2+1n 2·n n -12=2+n -12n .(3)取极限:S =lim n →∞⎝⎛⎭⎪⎫2+n -12n =2+12=52. 因此ʃ21(1+x )d x =52.探究点二 定积分的几何意义思考1 从几何上看,如果在区间[a ,b ]上函数f (x )连续且恒有f (x )≥0,那么ʃba f (x )d x 表示什么?答 当函数f (x )≥0时,定积分ʃba f (x )d x 在几何上表示由直线x =a ,x =b (a <b ),y =0及曲线y =f (x )所围成的曲边梯形的面积.思考2 当f (x )在区间[a ,b ]上连续且恒有f (x )≤0时,ʃba f (x )d x 表示的含义是什么?若f (x )有正有负呢?答 如果在区间[a ,b ]上,函数f (x )≤0时,那么曲边梯形位于x 轴的下方(如图①). 由于b -an>0,f (ξi )≤0,故 f (ξi )b -a n≤0.从而定积分ʃb a f (x )d x ≤0,这时它等于如图①所示曲边梯形面积的相反值,即ʃba f (x )d x =-S .当f (x )在区间[a ,b ]上有正有负时,定积分ʃba f (x )d x 表示介于x 轴、函数f (x )的图象及直线x =a ,x =b (a ≠b )之间各部分面积的代数和(在x 轴上方的取正,在x 轴下方的取负).(如图②),即ʃba f (x )d x =-S 1+S 2-S 3. 例2 利用几何意义计算下列定积分: (1)ʃ3-39-x 2d x ;(2)ʃ3-1(3x +1)d x .(2)由直线x =-1,x =3,y =0,以及y =3x +1所围成的图形,如图所示:ʃ3-1(3x +1)d x 表示由直线x =-1,x =3,y =0以及y =3x +1所围成的图形在x 轴上方的面积减去在x 轴下方的面积,∴ʃ3-1(3x +1)d x =12×(3+13)×(3×3+1)-12(-13+1)×2=503-23=16. 反思与感悟 利用几何意义求定积分,关键是准确确定被积函数的图象,以及积分区间,正确利用相关的几何知识求面积.不规则的图象常用分割法求面积,注意分割点的准确确定. 跟踪训练2 根据定积分的几何意义求下列定积分的值: (1)ʃ1-1x d x ;(2)ʃ2π0cos x d x ;(3)ʃ1-1|x |d x . 解 (1)如图(1),ʃ1-1x d x =-A 1+A 1=0. (2)如图(2),ʃ2π0cos x d x =A 1-A 2+A 3=0.(3)如图(3),∵A 1=A 2,∴ʃ1-1|x |d x =2A 1=2×12=1.(A 1,A 2,A 3分别表示图中相应各处面积)探究点三 定积分的性质思考1 定积分的性质可作哪些推广? 答 定积分的性质的推广①ʃb a [f 1(x )±f 2(x )±…±f n (x )]d x =ʃb a f 1(x )d x ±ʃb a f 2(x )d x ±…±ʃba f n (x )d x ; ②ʃba f (x )d x =ʃc 1a f (x )d x +ʃc 2c 1f (x )d x +…+ʃbf (x )d x (其中n ∈N *). 思考2 如果一个函数具有奇偶性,它的定积分有什么性质?例3 计算ʃ3-3(9-x 2-x 3)d x 的值. 解 如图,由定积分的几何意义得ʃ3-39-x 2d x =π×322=9π2,ʃ3-3x 3d x =0,由定积分性质得ʃ3-3(9-x 2-x 3)d x =ʃ3-39-x 2d x -ʃ3-3x 3d x =9π2. 反思与感悟 根据定积分的性质计算定积分,可以先借助于定积分的定义或几何意义求出相关函数的定积分,再利用函数的性质、定积分的性质结合图形进行计算. 跟踪训练3 已知ʃ10x 3d x =14,ʃ21x 3d x =154,ʃ21x 2d x =73,ʃ42x 2d x =563,求: (1)ʃ203x 3d x ;(2)ʃ416x 2d x ;(3)ʃ21(3x 2-2x 3)d x . 解 (1)ʃ203x 3d x =3ʃ20x 3d x =3(ʃ10x 3d x +ʃ21x 3d x )=3×(14+154)=12;(2)ʃ416x 2d x =6ʃ41x 2d x =6(ʃ21x 2d x +ʃ42x 2d x )=6×(73+563)=126; (3)ʃ21(3x 2-2x 3)d x =ʃ213x 2d x -ʃ212x 3d x=3ʃ21x 2d x -2ʃ21x 3d x =3×73-2×154=7-152=-12. ☆课堂提高☆1.下列结论中成立的个数是( )①ʃ10x 3d x =∑ni =1i 3n 3·1n; ②ʃ10x 3d x =lim n →∞∑ni =1i -13n 3·1n;③ʃ10x 3d x =lim n →∞∑ni =1i 3n 3·1n. A .0 B .1 C .2 D .3 【答案】 C2.当n 很大时,函数f (x )=x 2在区间1,i i n n -⎡⎤⎢⎥⎣⎦ (i =1,2,…,n )上的值可以用 ( )近似代替 A.inB .1f n ⎛⎫⎪⎝⎭ C .i f n ⎛⎫⎪⎝⎭D .1n【答案】C【解析】f (x )=x 2在区间1,i i n n -⎡⎤⎢⎥⎣⎦上的值可以用区间1,i i n n -⎡⎤⎢⎥⎣⎦上每一点对应的函数值近似代替,故选C. 3.下列等式不成立的是( ) A. ()()ba mf x ng x dx ⎡⎤+⎣⎦⎰=m ()b a f x dx ⎰+n ()ba g x dx ⎰ B. ()1ba f x dx ⎡⎤+⎣⎦⎰=()ba f x dx ⎰+b -aC. ()()baf xg x dx ⎰=()()bbaaf x dxg x dx ⎰⎰D.2π2πsin xdx -⎰=02π2πsin sin xdx xdx -+⎰⎰【答案】C【解析】利用定积分的性质进行判断,选项C 不成立.例如112xdx =⎰,12013x dx =⎰,13014x dx =⎰,11132000x dx xdx x dx ≠⋅⎰⎰⎰.故选C.4.已知定积分ʃ60f (x )d x =8,且f (x )为偶函数,则ʃ6-6f (x )d x 等于( ). A .0 B .16 C .12 D .8 【答案】 B【解析】 偶函数图象关于y 轴对称,故ʃ6-6f (x )d x =2ʃ60f (x )d x =16,故选B. 5.已知1e e 1xdx =-⎰,221e e e xdx =-⎰,2283x dx =⎰,2122ln 2dx x =⎰.求:(1)2e xdx ⎰;(2)()220e 3xx dx +⎰;(3)211e x dx x ⎛⎫+ ⎪⎝⎭⎰. 【解析】(1)21222001e e e e 1e e e 1x x x dx dx dx =+=-+-=-⎰⎰⎰.(2)()22e3xx dx +⎰=2e xdx ⎰+()223x dx ⎰=2e xdx ⎰+2203x dx ⎰=e 2-1+8=e 2+7.(3)211e x dx x ⎛⎫+ ⎪⎝⎭⎰=21e xdx ⎰+21122dx x ⎰=e 2-e +ln2. 6.利用定积分的定义计算ʃ21(-x 2+2x )d x 的值,并从几何意义上解释这个值表示什么.(2)近似代替、求和取ξi =1+in(i =1,2,…,n ),则S n =∑ni =1f (1+i n )·Δx =∑ni =1[-(1+i n )2+2(1+i n )]·1n=-1n 3[(n +1)2+(n +2)2+(n +3)2+…+(2n )2]+2n2[(n +1)+(n +2)+(n +3)+…+2n ]=-1n3[2n 2n +14n +16-n n +12n +16]+2n2·n n +1+2n2=-13(2+1n )(4+1n )+16(1+1n )(2+1n )+3+1n .(3)取极限ʃ21(-x 2+2x )d x =lim n →∞S n =lim n →∞[-13(2+1n )(4+1n )+16(1+1n )(2+1n )+3+1n ]=23,2 3的几何意义为由直线x=1,x=2,y=0与曲线f(x)=-x2+2x所围成的曲边梯形的面积.ʃ21(-x2+2x)d x=。
人教A版选修2-2 1.5.3 定积分的概念 学案
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1.5.3 定积分的概念预习课本P45~47,思考并完成下列问题(1)定积分的概念是什么?几何意义又是什么?(2)定积分的计算有哪些性质?[新知初探]1.定积分的概念与几何意义(1)定积分的概念:一般地,设函数f(x)在区间[a,b]上连续,用分点a=x0<x1<…<x i-1<x i<…<x n=b将区间[a,b]等分成n个小区间,在每个小区间[x i-1,x i]上任取一点ξi (i =1,2,…,n ),作和式∑i =1nf (ξi )Δx =i =1nb -anf (ξi ), 当n →∞时,上述和式无限接近某个常数,这个常数叫做函数f (x )在区间[a ,b ]上的定积分,记作⎠⎛a b f (x )d x ,即⎠⎛abf (x )d x =lim n →∞i =1n b -a n f (ξi ), 这里,a 与b 分别叫做积分下限与积分上限,区间[a ,b ]叫做积分区间,函数f (x )叫做被积函数,x 叫做积分变量,f (x )d x 叫做被积式.(2)定积分的几何意义:如果在区间[a ,b ]上函数连续且恒有f (x )≥0,那么定积分⎠⎛abf (x )d x 表示由直线x =a ,x =b (a <b ),y =0和曲线y =f (x )所围成的曲边梯形的面积(如图中的阴影部分的面积).[点睛] 利用定积分的几何意义求定积分的关注点.(1)当f (x )≥0时,⎠⎛abf (x )d x 等于由直线x =a ,x =b ,y =0与曲线y =f (x )围成曲边梯形的面积,这是定积分的几何意义.(2)计算⎠⎛abf (x )d x 时,先明确积分区间[a ,b ],从而确定曲边梯形的三条直边x =a ,x =b ,y =0,再明确被积函数f (x ),从而确定曲边梯形的曲边,这样就可以通过求曲边梯形的面积S 而得到定积分的值:当f (x )≥0时,⎠⎛abf (x )d x =S ;当f (x )<0时,⎠⎛a bf (x )d x =-S .2.定积分的性质(1)⎠⎛a b kf (x )d x =k ⎠⎛abf (x )d x (k 为常数).(2)⎠⎛a b [f 1(x )±f 2(x )]d x =⎠⎛a b f 1(x )d x ±⎠⎛a bf 2(x )d x .(3)⎠⎛a b f (x )d x =⎠⎛a c f (x )d x +⎠⎛cbf (x )d x (其中a <c <b ).[点睛]性质(1)的等式左边是一个定积分,等式右边是常数与一个定积分的乘积. 性质(2)对于有限个函数(两个以上)也成立.性质(3)对于把区间[a ,b ]分成有限个(两个以上)区间也成立.[小试身手]1.判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)⎠⎛02x2d x =1.( )(2)⎠⎛a bf (x )d x 的值一定是一个正数.( )(3)⎠⎛a b (x 2+2x )d x =⎠⎛a b x 2d x +⎠⎛ab 2xd x .( )答案:(1)√ (2)× (3)√2.已知⎠⎛02f (x )d x =8,则( )A.⎠⎛01f (x )d x =4B.⎠⎛02f (x )d x =4C.⎠⎛01f (x )d x +⎠⎛12f (x )d x =8D .以上答案都不对 答案:C3.直线x =1,x =2,y =0与曲线y =1x围成曲边梯形的面积用定积分表示为( )A.⎠⎛012d xB.⎠⎛120d xC.⎠⎛021xd xD.⎠⎛121xd x答案:D4.已知⎠⎛0t x d x =2,则⎠⎛0-t x d x =________. 答案:-2[典例] 利用定义求定积分⎠⎛03x 2d x .[解] 令f (x )=x 2,(1)分割:在区间[0,3]上等间隔地插入n -1个点,把区间[0,3]分成n 等份,其分点为x i =3i n (i =1,2,…,n -1),这样每个小区间[x i -1,x i ]的长度Δx =3n(i =1,2,…,n ).(2)近似代替、求和:令ξi =x i =3i n(i =1,2,…,n ),于是有和式:∑i =1nf (ξi )Δx =i =1n ⎝ ⎛⎭⎪⎫3i n 2·3n =27n 3∑i =1ni 2=27n 3·16n (n +1)(2n +1)=92⎝ ⎛⎭⎪⎫1+1n ⎝ ⎛⎭⎪⎫2+1n .(3)取极限:根据定积分的定义,有⎠⎛03x 2d x =lim n →∞∑i =1nf (ξi )Δx=lim n →∞⎣⎢⎡⎦⎥⎤92⎝⎛⎭⎪⎫1+1n ⎝ ⎛⎭⎪⎫2+1n =9.用定义求定积分的一般步骤(1)分割:n 等分区间[a ,b ];(2)近似代替:取点ξi ∈[x i -1,x i ],可取ξi =x i -1或ξi =x i ;(3)求和:∑i =1nf (ξi )·b -an; (4)取极限:⎠⎛abf (x )=lim n →∞∑i =1nf (ξi )·b -a n .[活学活用]利用定积分的定义,计算⎠⎛12(3x +2)d x 的值.解:令f (x )=3x +2.(1)分割:在区间[1,2]上等间隔地插入(n -1)个分点,将区间[1,2]等分成n 个小区间⎣⎢⎡⎦⎥⎤n +i -1n,n +i n (i =1,2,…,n ),每个小区间的长度为Δx =n +i n -n +i -1n =1n .(2)近似代替、作和: 取ξi =n +i -1n(i =1,2,…,n ),则 S n =∑i =1nf ⎝ ⎛⎭⎪⎫n +i -1n Δx =i =1n ⎣⎢⎡⎦⎥⎤3n +i -1n +21n=i =1n ⎣⎢⎡⎦⎥⎤3i -1n2+5n =3n 2[0+1+2+…+(n -1)]+5=32×n 2-n n 2+5=132-32n. (3)取极限:⎠⎛12(3x +2)d x =lim n →∞S n =lim n →∞⎝ ⎛⎭⎪⎫132-32n =132.用定积分的性质求定积分[典例] (1)f (x )=⎩⎨⎧x +1,0≤x <1,2x 2,1≤x ≤2.则⎠⎛02f (x )d x =( )A.⎠⎛02(x +1)d xB.⎠⎛022x 2d xC.⎠⎛01(x +1)d x +⎠⎛122x 2d xD.⎠⎛012x d x +⎠⎛12(x +1)d x(2)已知⎠⎛0ex d x =e 22,⎠⎛0e x 2d x =e 33,求下列定积分的值:①⎠⎛0e(2x +x 2)d x ;②⎠⎛0e (2x 2-x +1)d x .[解析] (1)由定积分的几何性质得:⎠⎛02f (x )d x =⎠⎛01(x +1)d x +⎠⎛122x 2d x .答案:C(2)解:①⎠⎛0e (2x +x 2)d x =2⎠⎛0e x d x +⎠⎛0e x 2d x=2×e 22+e 33=e 2+e 33.②⎠⎛0e (2x 2-x +1)d x =⎠⎛0e 2x 2d x -⎠⎛0e x d x +⎠⎛0e1d x ,因为已知⎠⎛0ex d x =e 22,⎠⎛0e x 2d x =e 33,又由定积分的几何意义知:⎠⎛0e 1d x 等于直线x =0,x =e ,y =0,y =1所围成的图形的面积,所以⎠⎛0e1d x =1×e =e ,故⎠⎛0e (2x 2-x +1)d x =2×e 33-e 22+e =23e 3-12e 2+e.(1)如果被积函数是几个简单函数的和的形式,利用定积分的线性性质进行计算,可以简化计算.(2)如果被积函数含有绝对值或被积函数为分段函数,一般利用积分区间的连续可加性计算.[活学活用]若f (x )=⎩⎨⎧2x -1,-1≤x <0,e -x ,0≤x ≤1.且⎠⎛0-1(2x -1)d x =-2,⎠⎛01e -x d x =1-e -1,求⎠⎛1-1f (x )d x . 解:对于分段函数的定积分,通常利用积分区间可加性来计算,即⎠⎛1-1f (x )d x =⎠⎛0-1f (x )d x +⎠⎛01f (x )d x =⎠⎛0-1(2x -1)d x +⎠⎛01e -x d x =-2+1-e -1=-(e -1+1).[典例] 根据定积分的几何意义,求下列定积分的值.(1)⎠⎛-R R R 2-x 2d x ;(2)⎠⎛-11|x |d x .[解] (1)被积函数的图象是一个以原点为圆心,以R 为半径的半圆,如图①所示, 所以⎠⎛-RR R 2-x 2d x =12·πR 2=πR 22.(2)被积函数的图象如图②所示,由定积分的几何意义知其值为两部分阴影面积之和,所以⎠⎛-11|x |d x =2×12×1×1=1.当定积分表示的面积容易求时,则利用定积分的几何意义求积分. [活学活用]利用定积分的几何意义说明下列等式成立. (1)∫π2-π2cos x d x =2∫π20cos x d x ;(2)⎠⎛-ππsin x d x =0.解:(1)函数y =cos x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,π2是偶函数,故曲线y =cos x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-π2,0与坐标轴围成图形的面积S 1等于曲线y =cos x ,x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2与坐标轴围成图形的面积S 2,于是由定积分的几何意义, 有∫π2-π2cos x d x =S 1+S 2=2S 2=2∫π20cos x d x .(2)函数y =sin x ,x ∈[-π,π]是奇函数,设曲线y =sin x ,x ∈[-π,0]与x 轴围成图形的面积为S 1,设曲线y =sin x ,x ∈[0,π]与x 轴围成图形的面积为S 2,易知S 1=S 2,从而由定积分的几何意义,有⎠⎛-ππsin x d x =-S 1+S 2=0.层级一 学业水平达标1.定积分⎠⎛-22f (x )d x (f (x )>0)的积分区间是( )A .[-2,2]B .[0,2]C .[-2,0]D .不确定解析:选A 由定积分的概念得定积分⎠⎛2-2f (x )d x 的积分区间是[-2,2]. 2.定积分⎠⎛13(-3)d x 等于( )A .-6B .6C .-3D .3解析:选A 由定积分的几何意义知,⎠⎛13(-3)d x 表示由x =1,x =3,y =0及y=-3所围成的矩形面积的相反数,故⎠⎛13(-3)d x =-6.3.下列命题不正确的是( )A .若f (x )是连续的奇函数,则⎠⎛-aaf (x )d x =0B .若f (x )是连续的偶函数,则⎠⎛-a a f (x )d x =2⎠⎛0af (x )d xC .若f (x )在[a ,b ]上连续且恒正,则⎠⎛abf (x )d x >0D .若f (x )在[a ,b ]上连续且⎠⎛abf (x )d x >0,则f (x )在[a ,b ]上恒正解析:选D A 项,因为f (x )是奇函数,图象关于原点对称,所以x 轴上方的面积和x 轴下方的面积相等,故积分是0,所以A 项正确;B 项,因为f (x )是偶函数,图象关于y 轴对称,故y 轴两侧的图象都在x 轴上方或下方且面积相等,故B 项正确;由定积分的几何意义知,C 项显然正确;D 项,f (x )也可以小于0,但必须有大于0的部分,且f (x )>0的曲线围成的面积比f (x )<0的曲线围成的面积大.4.设f (x )=⎩⎨⎧x 2,x ≥0,2x ,x <0,则⎠⎛-11f (x )d x 的值是( )A.⎠⎛-11x 2d xB.⎠⎛-112xd xC.⎠⎛-11x 2d x +⎠⎛-112x d xD.⎠⎛-102x d x +⎠⎛01x 2d x解析:选D 由定积分性质(3)求f (x )在区间[-1,1]上的定积分,可以通过求f (x )在区间[-1,0]与[0,1]上的定积分来实现,显然D 正确,故应选D.5.下列各阴影部分的面积S 不可以用S =⎠⎛ab[f (x )-g (x )]d x 求出的是( )解析:选D 定积分S =⎠⎛ab[f (x )-g (x )]d x 的几何意义是求函数f (x )与g (x )之间的阴影部分的面积,必须注意f (x )的图象要在g (x )的图象上方.对照各选项可知,D 项中f (x )的图象不全在g (x )的图象上方.故选D.6.若⎠⎛a b f (x )d x =3,⎠⎛a b g (x )d x =2,则⎠⎛a b[f (x )+g (x )]d x =__________.解析:⎠⎛a b [f (x )+g (x )]d x =⎠⎛a b f (x )d x +⎠⎛abg (x )d x =3+2=5.答案:57.若⎠⎛a b f (x )d x =1,⎠⎛a b g (x )d x =-3,则⎠⎛a b[2f (x )+g (x )]d x =_______.解析:⎠⎛a b [2f (x )+g (x )]d x =2⎠⎛a b f (x )d x +⎠⎛abg (x )d x =2×1-3=-1.答案:-18.计算:⎠⎛0416-x 2d x =____________.解析:⎠⎛0416-x 2d x 表示以原点为圆心,半径为4的14圆的面积,∴⎠⎛0416-x 2d x =14π·42=4π. 答案:4π9.化简下列各式,并画出各题所表示的图形的面积.(1)⎠⎛-3-2 x 2d x +⎠⎛1-2x 2d x ; (2)⎠⎛01(1-x )d x +⎠⎛12(x -1)d x .解:(1)原式=⎠⎛1-3x 2d x ,如图(1)所示. (2)⎠⎛01(1-x )d x +⎠⎛12(x -1)d x =⎠⎛02|1-x |d x ,如图(2)所示.10.已知函数f (x )=⎩⎨⎧x 5,x ∈[-1,1],x ,x ∈[1,π,sin x ,x ∈[π,3π],求f (x )在区间[-1,3π]上的定积分.解:由定积分的几何意义知:∵f (x )=x 5是奇函数,故⎠⎛-11x 5d x =0;⎠⎛π3πsin x d x =0(如图(1)所示);⎠⎛1πx d x =12(1+π)(π-1)=12(π2-1)(如图(2)所示).∴⎠⎛-13πf (x )d x =⎠⎛-11x 5d x +⎠⎛1πx d x +⎠⎛π3πsin x d x=⎠⎛1πx d x =12(π2-1).层级二 应试能力达标1.设f (x )是[a ,b ]上的连续函数,则⎠⎛a b f (x )d x -⎠⎛abf (t )d t 的值( )A .小于零B .等于零C .大于零D .不能确定解析:选B ⎠⎛a b f (x )d x 和⎠⎛abf (t )d t 都表示曲线y =f (x )与x =a ,x =b 及y =0围成的曲边梯形面积,不因曲线中变量字母不同而改变曲线的形状和位置.所以其值为0.2.如图所示,图中曲线方程为y =x 2-1,用定积分表示围成封闭图形(阴影部分)的面积是( )A.⎠⎛02(x 2-1)d xB.⎠⎛01(x 2-1)d xC.⎠⎛02|x 2-1|d xD.⎠⎛01(x 2-1)d x +⎠⎛12(x 2-1)d x解析:选C 由定积分的几何意义和性质可得:图中围成封闭图形(阴影部分)的面积S =⎠⎛01(1-x 2)d x +⎠⎛12(x 2-1)d x =⎠⎛02|x 2-1|d x ,故选C.3.设a =⎠⎛01x 13d x ,b =⎠⎛01x 2d x ,c =⎠⎛01x 3d x ,则a ,b ,c 的大小关系是( )A .c >a >bB .a >b >cC .a =b >cD .a >c >b解析:选B 根据定积分的几何意义,易知⎠⎛01x 3d x <⎠⎛01x 2d x <⎠⎛01x 13d x ,即a >b>c ,故选B.4.已知t >0,若⎠⎛0t(2x -2)d x =8,则t =( )A .1B .-2C .-2或4D .4解析:选D 作出函数f (x )=2x -2的图象与x 轴交于点A (1,0),与y 轴交于点B (0,-2),易求得S △OAB =1,∵⎠⎛0t (2x -2)d x =8,且⎠⎛01(2x -2)d x =-1,∴t >1,∴S △AEF =12|AE ||EF |=12×(t -1)(2t -2)=(t -1)2=9,∴t =4,故选D.5.定积分⎠⎛01(2+1-x 2)d x =________.解析:原式=⎠⎛012d x +⎠⎛011-x 2d x .因为⎠⎛012d x =2,⎠⎛011-x 2d x =π4,所以⎠⎛01(2+1-x 2)d x =2+π4.答案:2+π46.已知f (x )是一次函数,其图象过点(3,4)且⎠⎛01f (x )d x =1,则f (x )的解析式为______.解析:设f (x )=ax +b (a ≠0), ∵f (x )图象过(3,4)点, ∴3a +b =4.又⎠⎛01f (x )d x =⎠⎛01(ax +b )d x =a ⎠⎛01x d x +⎠⎛01b d x =12a +b =1.解方程组⎩⎨⎧3a +b =4,12a +b =1,得⎩⎪⎨⎪⎧a =65,b =25.∴f (x )=65x +25.答案:f (x )=65x +257.一辆汽车的速度—时间曲线如图所示,用定积分法求汽车在这一分钟内行驶的路程.解:依题意,汽车的速度v 与时间t 的函数关系式为v (t )=⎩⎨⎧32t ,0≤t <20,50-t ,20≤t <40,10,40≤t ≤60.所以该汽车在这一分钟内所行驶的路程为s =∫600v (t )d t =∫20032t d t +⎠⎛2040(50-t )d t +⎠⎛406010d t=300+400+200=900(米).8.如图所示,抛物线y =12x 2将圆面x 2+y 2≤8分成两部分,现在向圆面上均匀投点,这些点落在图中阴影部分的概率为14+16π,求⎠⎛02⎝⎛⎭⎪⎫8-x 2-12x 2d x 的值.解:解方程组⎩⎨⎧x 2+y 2=8,y =12x 2,得x =±2.∴阴影部分的面积为⎠⎛2-2⎝⎛⎭⎪⎫8-x 2-12x 2d x . ∵圆的面积为8π,∴由几何概型可得阴影部分的面积是 8π·⎝ ⎛⎭⎪⎫14+16π=2π+43.由定积分的几何意义得 ⎠⎛02⎝ ⎛⎭⎪⎫8-x 2-12x 2d x =12⎠⎛2-2⎝ ⎛⎭⎪⎫8-x 2-12x 2d x =π+23.。
选修2-2§1.5.3定积分的基本概念
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§1.5.3 定积分的概念 【学习目标】1.通过求曲边梯形的面积和变速直线运动的路程,了解定积分的背景;2.能用定积分的定义求简单的定积分;3.理解掌握定积分的几何意义.【重点难点】学习重点:定积分的概念、定积分法求简单的定积分、定积分的几何意义; 学习难点:定积分的概念、定积分的几何意义.【学法指导】 【知识链接】一、 定积分的概念一般地,设函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b -=<<<<<<<=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,每个小区间长度为x ∆(_________x ∆=),在每个小区间[]1,i i x x -上取一点()1,2,,i i n ξ= ,作和式:1()_________________nn i i S f x ξ==∆=∑如果_____________________________________________________________________,那么称该常数S 为______________________________________________________________,记为:__________________S =,其中()f x 称为______________,x 叫做_____________,[,]a b 为_____________,b 为_________________,a 为________________.由定义可知:曲边图形面积____________S =;变速运动路程________________S =;变力做功 _____________W = .二、用定义求定积分的算法:①分割:____________________;②近似代替:___________________;③求和:__________________________;④取极限:_________________________.三、定积分的几何意义如果在区间[,]a b 上函数连续且恒有()0f x ≥,那么 定积分()ba f x dx ⎰表示由直线,x a xb ==(a b ≠),0y =和曲线 ()y f x =所围成的曲边梯形的面积.说明:一般情况下,定积分()ba f x dx ⎰的几何意义是介于x 轴、函数()f x 的图形以及直线,x a x b ==之间各部分面积的代数和,在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积取负号.分析:一般的,设被积函数()y f x =,若()y f x =在[,]a b 上可取负值。
人教版高中数学选修2-2学案:1.5.3定积分的概念
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1.5.3定积分的概念【学习目标】1.了解定积分的概念和性质;2.了解定积分的几何意义;3.能对简单的定积分进行计算.【新知自学】知识回顾:求曲边梯形的面积:(1)思想:以直代曲、逼近;(2)步骤:分割→近似代替→求和→取极限;关键:近似代替; 结果:分割越细,面积越精确.新知梳理:1.定积分的概念:一般地,设函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点012a x x x =<<< …1i i x x -<<<…n x b <=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,每个小区间长度为x ∆=______,在每个小区间[]1,i i x x -上取一点()1,2,,i i n ξ=,作和式:11()()nnn i i i i b aS f x f nξξ==-=∆=∑∑.如果x ∆无限接近于0(亦即n →+∞)时,上述和式n S 无限趋近于常数S ,那么称该常数S 为________________________.记为_______. 其中()f x 称为_________,x 叫做________,[,]a b 为_______,b 叫做积分____,a 叫做积分_____________. 说明:(1)定积分()baf x dx ⎰是一个常数,即n S 无限趋近的常数S (n →+∞时)称为()baf x dx ⎰,而不是n S .(2)曲边图形面积:()baS f x dx =⎰;变速运动路程21()t t S v t dt =⎰;变力做功()baW F r dr =⎰.2.定积分的几何意义:如下图所示,如果在区间)(],[x f b a 上函数连续且恒有0)(≥x f ,那么定积分⎰badx x f )(表示直线x a =,()x b a b =≠,0y =和曲线y=f(x)围成的曲边梯形的面积.3.定积分的性质:(1)=⎰bakdx _______(k 为常数);(2)=⎰badx x kf )(____________(其中k 是不为0的常数);(3)[]=±⎰badx x fx f )()(21_______________;(4)=⎰b adx x f )(__________________(其中b c a <<). 对点练习:1.下列等于1的积分是( ) A.dx x ⎰1B.dx x ⎰+1)1(C.dx ⎰101 D.dx ⎰10213.设⎩⎨⎧<≥=⎰-112)().0(2),0()(dx x f x x x x f x 则的值是( )A.⎰-112dx x ⎰-112.dx B x⎰⎰+-1122.dx dx x C x ⎰⎰+-12012.dx x dx D x3.曲线1,0,2===y x x y ,所围成的图形的面积可用定积分表示为__________.4.当函数)(x f 在区间上],[b a 连续且恒有0)(≤x f (即函数图象在x 轴下方)时,定积分⎰badx x f )(表示___________________________.【合作探究】典例精析:例1. 根据定积分的几何意义计算定积分:dx x ⎰-31|2|的值.变式练习:根据定积分的几何意义计算定积分21(1)x dx+⎰的值.例2.利用定积分的定义,计算⎰103dxx的值.变式练习:计算⎰23dx x 的值,并从几何上解释这个值表示什么含义.【课堂小结】【当堂达标】1.求由1,2,===y x e y x 围成的曲边梯形的面积时,若选择x 为积分变量,则积分区间为( )A.[0,2e ]B.[0,2]C.[1,2]D.[0,1] 2.下列命题不正确的是( ).A.若)(x f 是连续的奇函数,则0)(=⎰-aa dx x f B.若)(x f 是连续的偶函数,则⎰⎰=-aaadx x f dx x f 0)(2)(C.若)(x f 在],[b a 上连续且恒正,则0)(>⎰badx x fD.若)(x f 在],[b a 上连续且0)(>⎰badx x f ,则)(x f 在],[b a 上恒正3.化简求值=+⎰⎰211xdx xdx ______________= _____________ .4.试用定积分的几何意义说明⎰-224dx x 的大小.【课时作业】1.已知⎰⎰+=22]6)([,3)(dx x f dx x f 则=( )A.9B.12C.15D.18 2.若函数x x x f +=3)(,则⎰-22)(dx x f 等于( ).A.0B.8C.⎰2)(dx x f D.2⎰2)(dx x f3.将和式的极限)0(.......321lim 1>+++++∞→p nn P pp p p n 表示成定积分是( ) A.dx x⎰101 B.dx x p⎰10 C.dx x p ⎰10)1( D.dx nx p ⎰10)( 4.利用定积分的性质和几何意义求定积分⎰-32)2(dx x .5.用定积分表示右图中阴影部分的面积.。
4.1定积分的概念 教案(高中数学选修2-2 北师大版)
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§1 定积分的概念1.1定积分的背景——面积和路程问题1.2定积分(教师用书独具)●三维目标1.知识与技能(1)引导学生发现曲边梯形面积和变速直线运动物体行驶的路程的求法,归纳定积分的概念;(2)会根据定积分的意义求简单函数的定积分,并通过实例概括定积分的性质.2.过程与方法通过面积、路程问题的探究,培养学生解决陌生问题的思维方法与能力;通过定积分的应用培养学生独立解决问题的能力,体会“以直代曲”“近似代替”的数学思想方法.3.情感、态度与价值观(1)通过对曲边梯形的面积及变速直线运动物体行驶的路程的探究学习,经历数学的探究过程,体会“以直代曲”,“以不变代变”这种近似代替中蕴含的化归与转化思想,培养学生抽象概括能力和数学建模意识;(2)通过本节学习与运用实践,体会近似代替的科学价值、应用价值,学习用数学的思维方式解决问题、认识世界.●重点难点重点:通过“以直代曲”“以不变代变”的思想方法,抽象概括定积分的概念、几何意义.难点:“以直代曲”“以不变代变”的思想方法.教学时要抓知识选择的切入点,从学生原有的认识水平和所需知识点入手,引导学生分析“什么是曲边梯形?如何求曲边梯形的面积?怎样求面积近似度更高?”等问题,让学生自主总结出“以直代曲”“逼近”的思想方法,从而突出重点,化解难点.通过定积分概念的理解和简单运用,强化重点.(教师用书独具)●教学建议本节内容是定积分的引入、定积分的定义和几何意义以及定积分的基本性质.通过对曲边梯形的面积和求变速直线运动物体行驶路程进行详细讨论的基础上,抽象、概括出它们的共同特征,进而引入定积分的概念及其几何意义,最后给出定积分的基本性质.因此,本节课宜采用探究式课堂教学模式,即在教学过程中,在教师的启发引导下,以学生独立自主和合作交流为前提,以“曲边梯形的面积”为基本探究内容,为学生提供足够的自由表达、质疑、探究、讨论的机会,让学生在“活动”中学习,在“主动”中发展,在“合作”中增加,在“探究”中创新.●教学流程创设情境,提出问题:如何求曲边梯形的面积?⇒引导学生用学过的直边梯形近似代替曲边梯形,并进一步探究如何使估计更准确.⇒通过学生探究,揭示分割法可以使估计更准确,并确定误差范围.⇒用估计曲边梯形的面积的思想方法,估计变速直线运动物体行驶的路程.⇒通过对曲边梯形、路程两个具体实例的比较,抽象、概括出定积分的概念.⇒通过例1及互动探究,使学生体会“以直代曲”“逼近”思想.⇒通过例2及变式训练,使学生熟练掌握定积分的几何意义及其应用.⇒探究定积分的基本性质,完成例3及其变式训练,从而提高综合运用能力.⇒归纳整理,进行课堂小结,整体认识本节课所学知识.⇒完成当堂双基达标,巩固所学知识,并进行反馈矫正.如图4-1-1,阴影部分是由直线x =1,x =2,y =0和函数f (x )=x 2所围成的曲边梯形,图4-1-1 1.曲边梯形与“直边图形”的主要区别是什么?【提示】 曲边梯形有一边是曲线段,而直边图形的所有边都是直线段. 2.能否用求直边图形面积的方法求曲边梯形的面积? 【提示】 不能.3.当曲边梯形的高很小时,是否可用“直边图形”的面积近似代替曲边梯形的面积? 【提示】 可以.4.求曲边梯形的面积步骤是什么?【提示】 分割、近似代替、求和、取极限. 1.曲边梯形的概念如图4-1-2所示,由直线x =a ,x =b (a ≠b ),y =0和曲线y =f (x )所围成的平面图形称为曲边梯形.图4-1-22.定积分(1)定义:一般地,给定一个在区间[a ,b ]上的函数y =f (x ),将[a ,b ]区间分成n 份,分点为:a =x 0<x 1<x 2<…<x n -1<x n =b .第i 个小区间为[x i -1,x i ],设其长度为Δx i ,在这个小区间上取一点ξi ,使f (ξi )在区间[x i-1,x i ]上的值最大,设S =f (ξ1)Δx 1+f (ξ2)Δx 2+…+f (ξi )Δx i +…+f (ξn )Δx n .在这个小区间上取一点ζi ,使f (ζi )在区间[x i -1,x i ]上的值最小,设s =f (ζ1)Δx 1+f (ζ2)Δx 2+…+f (ζi )Δx i +…+f (ζn )Δx n .如果每次分割后,最大的小区间的长度趋于0,S 与s 的差也趋于0,此时,S 与s 同时趋于某一个固定的常数A ,在每个小区间[x i -1,x i ]上任取一点δi ,S ′=f (δ1)Δx 1+f (δ2)Δx 2+…+f (δi )Δx i +…+f (δn )Δx n 的值也趋于该常数A ,我们称A 是函数y =f (x )在区间[a ,b ]上的定积分,记作⎠⎛a b f (x )d x ,即⎠⎛ab f (x )d x =A .其中∫叫作积分号,a 叫作积分的下限,b 叫作积分的上限,f (x )叫作被积函数. (2)几何意义:当f (x )≥0时,⎠⎛ab f (x )d x 表示的是y =f (x )与x =a ,x =b 和x 轴所围曲边梯形的面积;当f (x )表示速度关于时间x 的函数时,⎠⎛ab f (x )d x 表示的是运动物体从x =a 到x =b 时所走过的路程.(3)性质:性质1:⎠⎛a b 1d x =b -a ;性质2:⎠⎛a b kf (x )d x =k ⎠⎛ab f (x )d x ;性质3:⎠⎛ab [f (x )±g (x )]d x =⎠⎛a b f (x )d x ±⎠⎛abg (x )d x ;性质4(定积分对积分区间的可加性): ⎠⎛a bf (x )d x =⎠⎛a cf (x )d x +⎠⎛cbf (x )d x .【思路探究】 可先将[0,1]等分,分别计算其过剩估计值与不足估计值即可. 【自主解答】 将区间[0,1]5等分,如图(1)中,所有小矩形的面积之和(记为S 1),显然为过剩估计值, S 1=(0.23+0.43+0.63+0.83+13)×0.2=0.36,如图(2)中,所有小矩形的面积之和(记为s 1),显然为不足估计值, s 1=(03+0.23+0.43+0.63+0.83)×0.2=0.16, 因此,该曲边梯形的面积介于0.16与0.36之间.1.本题估计曲边梯形的面积,主要是求其过剩估计值与不足估计值,其关键是合理等分x 的区间,求出相应的面积之和.2.求曲边梯形的面积或路程的估计值时,通常把区间[a ,b ]n 等分,分别利用等分后的各个小区间的左端点和右端点的值来估计曲边梯形的面积或路程.估计本例中曲边梯形的面积,使误差不能超过0.1.【解】 因为本例中的误差为0.36-0.16=0.20.使误差不超过0.1,应将区间[0,1]10等分,则S 1=(0.13+0.23+0.33+…+0.93+13)×0.1=0.302 5,s 1=(03+0.13+0.23+…+0.93)×0.1=0.202 5, 其误差为0.302 5-0.202 5=0.1.因此,该曲边梯形的面积介于0.202 5与0.302 5之间.(1)⎠⎛01(2x +1)d x ;(2) ⎠⎛-224-x 2d x .【思路探究】 根据定积分的意义,先画出图像确定平面图形的形状,然后求出其面积,即为定积分的值.【自主解答】 (1)⎠⎛01(2x +1)d x 表示的是图(1)中阴影所示梯形的面积.其面积为12×(1+3)×1=2,所以⎠⎛01(2x +1)d x =2.(2)⎠⎛-224-x 2d x 表示的是图(2)中阴影所示半径为2的半圆的面积.其面积为12×π×22=2π,所以⎠⎛-224-x 2d x =2π.1.解答本题的关键是理解定积分的几何意义.即⎠⎛abf (x )d x表示由直线x =a ,x =b (a ≠b ),y =0和曲线y =f (x )所围成曲边梯形的面积.2.利用定积分的意义求定积分,关键是准确确定被积函数的图像,以及积分区间,正确的利用相关几何知识求面积.利用定积分的几何意义说明下列等式成立.(1) ⎠⎜⎜⎛-π2π2cos x d x =2⎠⎜⎛0π2cos x d x ;(2) ⎠⎛-ππsin x d x =0.【解】 (1)函数y =cos x ,x ∈[-π2,π2]是偶函数,故曲线y =cos x ,x ∈[-π2,0]与坐标轴围成图形的面积S 1等于y =cos x ,x ∈[0,π2]与坐标轴围成图形的面积S 2,于是由定积分的几何意义,有⎠⎜⎜⎛-π2π2cos x d x =S 1+S 2=2S 2=2⎠⎜⎛0π2cos x d x .(2)函数y =sin x ,x ∈[-π,π]是奇函数,设y =sin x ,x ∈[-π,0]与x 轴围成图形的面积为S 1,设y =sin x ,x ∈[0,π]与x 轴围成图形的面积为S 2,易知S 1=S 2,从而由定积分的几何意义,有⎠⎛-π πsin x d x=-S 1+S 2=0.。
数学:1.5.3《定积分的概念》教案(新人教A版选修2-2)
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文档从网络收集.经重新纠错整理.word 可编辑.欢迎下载支持- 1 - 1.5.3 定积分的概念教学目标:1. 了解曲边梯形面积与变速直线运动的共同特征.2. 理解定积分及几何意义.3. 掌握定积分的基本性质及其计算 教学重点与难点:1. 定积分的概念及几何意义2. 定积分的基本性质及运算 教学过程:1. 定积分的定义:2. 怎样用定积分表示:x =0,x =1,y =0及f (x )=x 2所围成图形的面积?t =0,t =1,v =0及v =-t 2-1所围成图形的面积?3. 你能说说定积分的几何意义吗?例如⎰b a dx x f )(的几何意义是什么?梯形的面积所围成的曲边和曲线,,是直线定积分)(0)()(x f y y b a b x a x dx x f b a==≠==⎰ 4.4. 根据定积分的几何意义,你能用定积分表示下图中阴影部分的面积吗?思考:试用定积分的几何意义说明 1.⎰-2024dx x 的大小由直线x =0,x =2,y =0及24x y -=所围成的曲边梯形的面积,即圆x2+y2=22的面积的41,.4202π=-∴⎰dx x 2. 0113=⎰-dx x 5. 例:利用定积分的定义,计算0103=⎰dx x 的值.6.由定积分的定义可得到哪些性质? 常数与积分的关系 ⎰⎰=b a b a dx x f k dx x kf )()( 和差的积分 推广到有限个也成立⎰⎰⎰±=±b a b a b a dx x f dx x f dx x f x f )()()]()([2121 区间和的积分等于各段积分和)()()()(b c a dx x f dx x f dx x f b c c a b a <<+=⎰⎰⎰其中 7练习:计算下列定积分⎰-312)2(dx x x。
新人教A版选修(2-2)1.5.3《定积分的概念》word教案
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学校: 临清一中 学科:数学 编写人:李洪涛 审稿人:张林§1.5.3定积分的概念教案教学目标:⒈通过求曲边梯形的面积和变速直线运动的路程,了解定积分的背景;⒉借助于几何直观定积分的基本思想,了解定积分的概念,能用定积分法求简单的定积分.3.理解掌握定积分的几何意义;教学重点:定积分的概念、定积分法求简单的定积分、定积分的几何意义. 教学难点:定积分的概念、定积分的几何意义. 教学过程: 一.创设情景 复习:1. 回忆前面曲边图形面积,变速运动的路程,变力做功等问题的解决方法,解决步骤:2.对这四个步骤再以分析、理解、归纳,找出共同点. 二.新课讲授1.定积分的概念 一般地,设函数()f x 在区间[,]a b 上连续,用分点0121i i n a x x x x x x b -=<<<<<<<=将区间[,]a b 等分成n 个小区间,每个小区间长度为x ∆(b ax n-∆=),在每个小区间[]1,i i x x -上取一点()1,2,,i i n ξ=,作和式:11()()nnn i i i i b aS f x f nξξ==-=∆=∑∑如果x ∆无限接近于0(亦即n →+∞)时,上述和式n S 无限趋近于常数S ,那么称该常数S 为函数()f x 在区间[,]a b 上的定积分。
记为:()baS f x dx =⎰其中()f x 成为被积函数,x 叫做积分变量,[,]a b 为积分区间,b 积分上限,a 积分下限。
说明:(1)定积分()baf x dx ⎰是一个常数,即n S 无限趋近的常数S (n →+∞时)称为()baf x dx ⎰,而不是n S .(2)用定义求定积分的一般方法是:①分割:n 等分区间[],a b ;②近似代替:取点[]1,i i i x x ξ-∈;③求和:1()ni i b a f n ξ=-∑;④取极限:()1()lim n b i a n i b af x dx f n ξ→∞=-=∑⎰ (3)曲边图形面积:()baS f x dx =⎰;变速运动路程21()t t S v t dt =⎰;变力做功 ()baW F r dr =⎰2.定积分的几何意义说明:一般情况下,定积分()baf x dx ⎰的几何意义是介于x 轴、函数()f x 的图形以及直线,x a x b ==之间各部分面积的代数和,在x 轴上方的面积取正号,在x 轴下方的面积去负号.(可以先不给学生讲).分析:一般的,设被积函数()y f x =,若()y f x =在[,]a b 上可取负值。
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定积分的概念
1.5.1曲边梯形的面积
【教学目标】
(1)通过求曲边梯形的面积,了解定积分的实际背景。
(2)通过求变速直线运动的路程,了解定积分的实际背景。
【教学重点难点】
“以直代曲”、“以不变代变”的思想方法。
【学前准备】:多媒体,预习例题
k
k a b =
问题探究一:求曲边梯形的面积 曲边梯形的概念:
如图,阴影部分类似于一个梯形,但有一边是曲线的一段,我们把由直线
和曲线
所围成的图形称为曲边梯
形.
如何求与及所围成的平面图形面积S ?
活动1:请讨论:如何分割?
以下几种分割方法,哪种最合适?
(1)竖向分割 (2)横向分割 (3)随意分割
分析发现,竖向分割更容易求面积.
活动2:请讨论:分割多少份合适?
()y f x =,(),0x a x b a b y ==≠=()y f x =2y x =0y =1x =
分析发现分割的越多,误差越小,为了便于计算,引导学生会利用n控制分割的份数,把[0,1]分割成n等份.
活动3:以什么样的直边图形近似代替小曲边梯形?
展示部分近似
代替的方案:
(1)
(2)(3)
矩形
矩形梯形
不足
过剩代替
分割后,转化成n个曲边梯形,利用直边图形代替,合作
图1 图2 问题探究二、如何求汽车行驶的路程?
,处的速度
①
)求和
= 1⎤⎥12,⎡⎢2t n n
∆=-+⎢⎥
⎪ ⎪⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦(1,2,,)i n n n +=11112n
n
n i i i t n n n =⎡⎤--⎛⎫⎛
⎫∆=-+⎢⎥⎪ ⎪
⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦
∑02n n n n n
---+ ⎪
⎪⎝⎭⎝⎭()22212n ⎤+++-+⎦)(12n n --
本题所用数学思想为化归,即用化归为各个小区间上匀速直线运动路程和无限逼近的思想方法求出匀变速直线运动的即为曲边梯形面积的近似值;
④取极限:求S v n n = ⎪⎝⎭图1
图
1.5.2汽车行驶的路程
【教学目标】
1.体会求汽车行驶的路程有关问题的过程。
2.感受在其过程中渗透的思想方法:分割、以不变代变、求和、取极限(逼近)。
3.了解求曲边梯形面积的过程和解决有关汽车行驶路程问题的过程的共同点。
【教学重难点】
教学重点:掌握过程步骤:分割、以不变代变、求和、逼近(取极限)。
教学难点:过程的理解。
【学前准备】:多媒体,预习例题
1 =
化很小,不妨认为它近似地以时刻
12t n n
∆=-+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦(1,2,,)i n n n += ①
)求和 由①,
112i t n n n =∆=-+⎢⎥⎪ ⎪⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦∑)求和
n
n
2
2
kb =(4)取极限
1lim lim n n n W W n →∞→∞⎫
==-=⎪⎭
的功为:22
kb
2n n n n n ---+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=()2
22311212n n ⎡⎤+++-+⎣
⎦
()()12n n --v n = ⎪⎝⎭结合求曲边梯形面积的过
1.5.3定积分的概念
【教学目标】
(1)了解定积分的概念,会用定义求简单的定积分;
(2)理解并掌握定积分的几何意义;
(3)掌握定积分的基本性质。
【教学重点难点】
教学重点:
(1)了解定积分的概念;
(2)掌握定积分的几何意义,并利用其解决相应问题;
(3)极限的思想;
教学难点:归纳概括定积分的概念;定积分的几何意义;【学前准备】:多媒体,预习例题
3
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曲边图(1
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