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1、
定積分與曲邊梯形的面積
我們知道定積分的幾何意義:當(dāng)函數(shù)在區(qū)間[a,b]上恒為正時(shí),定積分的幾何意義是以曲線為曲邊梯形的面積.一般情況下,定積分的幾何意義是介于x軸、函數(shù)的圖象以及直線x=a、x=b之間各部分面積的代數(shù)和,在x軸上方的面積取正號(hào),在x軸下方的面積取負(fù)號(hào).所以求曲邊梯形的面積是定積分在幾何中的重要應(yīng)用,把求平面圖形的面積問題轉(zhuǎn)化為求定積分問題,充分體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想.求解此類題常常用到以下技巧.
一、巧選積分變量
求平面圖形面積時(shí),要注意選擇積分變量,以使計(jì)算簡便.
例1 求拋物線與直線圍成的平面圖形的面積.
解析:如圖1,解方程組得兩曲線的交點(diǎn)為、
2、.
方法一:選取橫坐標(biāo)為積分變量,則圖中陰影部分的面積應(yīng)該是兩部分之和,即
.
方法二:選取縱坐標(biāo)為積分變量,則圖中陰影部分的面積可據(jù)公式求得,即
?。?
點(diǎn)評:從上述兩種解法可以看出,對積分比對積分計(jì)算簡捷.因此,應(yīng)用定積分求平面圖形面積時(shí),積分變量的選取是至關(guān)重要的.但同時(shí)也要注意對積分時(shí),積分函數(shù)應(yīng)是,本題須將條件中的曲線方程、直線方程化為
- 1 - / 3
、的形式,然后求得積分.另外還要注意的是對面積而言,不管選用哪種積分變量去積分,面積是不會(huì)變的,即定積分的值不會(huì)改變.
二、巧用對稱性
在求平面圖形面積時(shí),利用函數(shù)所對應(yīng)曲線的對稱性解題,也是簡化計(jì)算
3、過程的常用手段.
例2 求由三條曲線,,所圍圖形的面積.
解析:如圖2,因?yàn)?,是偶函?shù),根據(jù)對稱性,只算出軸右邊的圖形的面積再兩倍即可.
解方程組和得交點(diǎn)坐標(biāo)、、、.
方法一:選擇為積分變量,則
.
方法二:可以選擇為積分變量,求解過程請同學(xué)們自己完成.
點(diǎn)評:對稱性的應(yīng)用和積分變量的選取都影響著計(jì)算過程的繁簡程度.
三、分割計(jì)算
例3 求由拋物線及其在點(diǎn)和點(diǎn)處兩條切線所圍成的圖形的面積.
解析:由,得,
∴,過點(diǎn)的切線方程為;
,過點(diǎn)的切線方程為.
又可求得兩切線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為,故所求面積
.
點(diǎn)評:本題求圖形的面積,適當(dāng)?shù)姆指钍顷P(guān)鍵,故求出兩切線交點(diǎn),過交點(diǎn)作軸的垂線,將圖形分割成兩部分,分別用定積分求解.同學(xué)們應(yīng)注意掌握這種分割的處理方法.
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