Πώς να βρείτε την περιοχή κάτω από ένα γράφημα. Ορισμένο ολοκλήρωμα. Πώς να υπολογίσετε το εμβαδόν ενός σχήματος

16.10.2019

Στην προηγούμενη ενότητα, αφιερωμένη στην ανάλυση της γεωμετρικής σημασίας ενός ορισμένου ολοκληρώματος, λάβαμε έναν αριθμό τύπων για τον υπολογισμό του εμβαδού καμπύλο τραπεζοειδές:

Yandex.RTB R-A-339285-1

S (G) = ∫ a b f (x) d x για μια συνεχή και μη αρνητική συνάρτηση y = f (x) στο διάστημα [ a ; β ],

S (G) = - ∫ a b f (x) d x για μια συνεχή και μη θετική συνάρτηση y = f (x) στο διάστημα [ a ; β ] .

Αυτοί οι τύποι ισχύουν για επίλυση απλές εργασίες. Στην πραγματικότητα, συχνά θα πρέπει να δουλέψουμε με πιο σύνθετα στοιχεία. Από αυτή την άποψη, θα αφιερώσουμε αυτήν την ενότητα σε μια ανάλυση αλγορίθμων για τον υπολογισμό του εμβαδού των ψηφίων που περιορίζονται από συναρτήσεις σε ρητή μορφή, δηλ. όπως y = f(x) ή x = g(y).

Θεώρημα

Έστω οι συναρτήσεις y = f 1 (x) και y = f 2 (x) καθορισμένες και συνεχείς στο διάστημα [ a ; b ] , και f 1 (x) ≤ f 2 (x) για οποιαδήποτε τιμή x από [ a ; β ] . Τότε ο τύπος για τον υπολογισμό του εμβαδού του σχήματος G, οριοθετημένος από τις ευθείες x = a, x = b, y = f 1 (x) και y = f 2 (x) θα μοιάζει με S (G) = ∫ a b f 2 (x) - f 1 (x) d x .

Ένας παρόμοιος τύπος θα ισχύει για την περιοχή ενός σχήματος που οριοθετείται από τις ευθείες y = c, y = d, x = g 1 (y) και x = g 2 (y): S (G) = ∫ c d ( g 2 (y) - g 1 (y) d y .

Απόδειξη

Ας δούμε τρεις περιπτώσεις για τις οποίες θα ισχύει ο τύπος.

Στην πρώτη περίπτωση, λαμβάνοντας υπόψη την ιδιότητα της προσθετικότητας της περιοχής, το άθροισμα των εμβαδών του αρχικού σχήματος G και του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς G1 είναι ίσο με το εμβαδόν του σχήματος G2. Αυτό σημαίνει ότι

Επομένως, S (G) = S (G 2) - S (G 1) = ∫ a b f 2 (x) d x - ∫ a b f 1 (x) d x = ∫ a b (f 2 (x) - f 1 (x)) dx.

Μπορούμε να εκτελέσουμε την τελευταία μετάβαση χρησιμοποιώντας την τρίτη ιδιότητα του ορισμένου ολοκληρώματος.

Στη δεύτερη περίπτωση, η ισότητα είναι αληθής: S (G) = S (G 2) + S (G 1) = ∫ a b f 2 (x) d x + - ∫ a b f 1 (x) d x = ∫ a b (f 2 ( x) - f 1 (x)) d x

Η γραφική απεικόνιση θα μοιάζει με:

Αν και οι δύο συναρτήσεις είναι μη θετικές, παίρνουμε: S (G) = S (G 2) - S (G 1) = - ∫ a b f 2 (x) d x - - ∫ a b f 1 (x) d x = ∫ a b (f 2 (x) - f 1 (x)) d x . Η γραφική απεικόνιση θα μοιάζει με:

Ας προχωρήσουμε στην εξέταση της γενικής περίπτωσης όταν y = f 1 (x) και y = f 2 (x) τέμνουν τον άξονα O x.

Σημειώνουμε τα σημεία τομής ως x i, i = 1, 2, . . . , n - 1 . Αυτά τα σημεία χωρίζουν το τμήμα [a; b ] σε n μέρη x i - 1 ; x i, i = 1, 2, . . . , n, όπου α = x 0< x 1 < x 2 < . . . < x n - 1 < x n = b . Фигуру G можно представить объединением фигур G i , i = 1 , 2 , . . . , n . Очевидно, что на своем интервале G i попадает под один из трех рассмотренных ранее случаев, поэтому их площади находятся как S (G i) = ∫ x i - 1 x i (f 2 (x) - f 1 (x)) d x , i = 1 , 2 , . . . , n

Ως εκ τούτου,

S (G) = ∑ i = 1 n S (G i) = ∑ i = 1 n ∫ x i x i f 2 (x) - f 1 (x)) d x = = ∫ x 0 x n (f 2 (x) - f ( x)) d x = ∫ a b f 2 (x) - f 1 (x) d x

Μπορούμε να κάνουμε την τελευταία μετάβαση χρησιμοποιώντας την πέμπτη ιδιότητα του ορισμένου ολοκληρώματος.

Ας δείξουμε τη γενική περίπτωση στο γράφημα.

Ο τύπος S (G) = ∫ a b f 2 (x) - f 1 (x) d x μπορεί να θεωρηθεί αποδεδειγμένος.

Τώρα ας προχωρήσουμε στην ανάλυση παραδειγμάτων υπολογισμού του εμβαδού των ψηφίων που περιορίζονται από τις γραμμές y = f (x) και x = g (y).

Θα ξεκινήσουμε την εξέταση οποιουδήποτε από τα παραδείγματα κατασκευάζοντας ένα γράφημα. Η εικόνα θα μας επιτρέψει να αναπαραστήσουμε σύνθετες φιγούρεςπώς να συνδυάσετε περισσότερα απλές φιγούρες. Εάν η κατασκευή γραφημάτων και σχημάτων σε αυτά σας δημιουργεί δυσκολίες, μπορείτε να μελετήσετε την ενότητα για τις βασικές στοιχειώδεις συναρτήσεις, τον γεωμετρικό μετασχηματισμό γραφημάτων συναρτήσεων, καθώς και την κατασκευή γραφημάτων κατά τη μελέτη μιας συνάρτησης.

Παράδειγμα 1

Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η περιοχή του σχήματος, η οποία περιορίζεται από την παραβολή y = - x 2 + 6 x - 5 και τις ευθείες γραμμές y = - 1 3 x - 1 2, x = 1, x = 4.

Λύση

Ας σχεδιάσουμε τις γραμμές στο γράφημα στο καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων.

Στο τμήμα [ 1 ; 4 ] η γραφική παράσταση της παραβολής y = - x 2 + 6 x - 5 βρίσκεται πάνω από την ευθεία y = - 1 3 x - 1 2. Από αυτή την άποψη, για να λάβουμε την απάντηση χρησιμοποιούμε τον τύπο που λήφθηκε νωρίτερα, καθώς και τη μέθοδο υπολογισμού του ορισμένου ολοκληρώματος χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz:

S (G) = ∫ 1 4 - x 2 + 6 x - 5 - - 1 3 x - 1 2 d x = = ∫ 1 4 - x 2 + 19 3 x - 9 2 d x = - 1 3 x 3 + 19 6 x 2 - 9 2 x 1 4 = = - 1 3 4 3 + 19 6 4 2 - 9 2 4 - - 1 3 1 3 + 19 6 1 2 - 9 2 1 = = - 64 3 + 152 3 - 18 + 1 3 - 19 6 + 9 2 = 13

Απάντηση: S(G) = 13

Ας δούμε ένα πιο σύνθετο παράδειγμα.

Παράδειγμα 2

Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την περιοχή του σχήματος, η οποία περιορίζεται από τις γραμμές y = x + 2, y = x, x = 7.

Λύση

ΣΕ σε αυτήν την περίπτωσηέχουμε μόνο μία ευθεία παράλληλη στον άξονα x. Αυτό είναι x = 7. Αυτό απαιτεί να βρούμε μόνοι μας το δεύτερο όριο ένταξης.

Ας φτιάξουμε ένα γράφημα και ας σχεδιάσουμε πάνω του τις γραμμές που δίνονται στη δήλωση προβλήματος.

Έχοντας το γράφημα μπροστά στα μάτια μας, μπορούμε εύκολα να προσδιορίσουμε ότι το κατώτερο όριο ολοκλήρωσης θα είναι η τετμημένη του σημείου τομής της γραφικής παράστασης της ευθείας y = x και της ημιπαραβολής y = x + 2. Για να βρούμε την τετμημένη χρησιμοποιούμε τις ισότητες:

y = x + 2 O DZ: x ≥ - 2 x 2 = x + 2 2 x 2 - x - 2 = 0 D = (- 1) 2 - 4 1 (- 2) = 9 x 1 = 1 + 9 2 = 2 ∈ O DZ x 2 = 1 - 9 2 = - 1 ∉ O DZ

Αποδεικνύεται ότι η τετμημένη του σημείου τομής είναι x = 2.

Εφιστούμε την προσοχή σας στο γεγονός ότι στο γενικό παράδειγμαστο σχέδιο, οι ευθείες y = x + 2, y = x τέμνονται στο σημείο (2; 2), επομένως τέτοιοι λεπτομερείς υπολογισμοί μπορεί να φαίνονται περιττοί. Το φέραμε εδώ αναλυτική λύσημόνο επειδή είναι περισσότερα δύσκολες περιπτώσειςη λύση μπορεί να μην είναι τόσο προφανής. Αυτό σημαίνει ότι είναι πάντα καλύτερο να υπολογίζουμε αναλυτικά τις συντεταγμένες της τομής των γραμμών.

Στο διάστημα [ 2 ; 7] η γραφική παράσταση της συνάρτησης y = x βρίσκεται πάνω από τη γραφική παράσταση της συνάρτησης y = x + 2. Ας εφαρμόσουμε τον τύπο για να υπολογίσουμε το εμβαδόν:

S (G) = ∫ 2 7 (x - x + 2) d x = x 2 2 - 2 3 · (x + 2) 3 2 2 7 = = 7 2 2 - 2 3 · (7 + 2) 3 2 - 2 2 2 - 2 3 2 + 2 3 2 = = 49 2 - 18 - 2 + 16 3 = 59 6

Απάντηση: S (G) = 59 6

Παράδειγμα 3

Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η περιοχή του σχήματος, η οποία περιορίζεται από τα γραφήματα των συναρτήσεων y = 1 x και y = - x 2 + 4 x - 2.

Λύση

Ας σχεδιάσουμε τις γραμμές στο γράφημα.

Ας ορίσουμε τα όρια της ολοκλήρωσης. Για να γίνει αυτό, προσδιορίζουμε τις συντεταγμένες των σημείων τομής των γραμμών εξισώνοντας τις παραστάσεις 1 x και - x 2 + 4 x - 2. Με την προϋπόθεση ότι το x δεν είναι μηδέν, η ισότητα 1 x = - x 2 + 4 x - 2 γίνεται ισοδύναμη με την εξίσωση τρίτου βαθμού - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 = 0 με ακέραιους συντελεστές. Για να ανανεώσετε τη μνήμη σας σχετικά με τον αλγόριθμο για την επίλυση τέτοιων εξισώσεων, μπορούμε να ανατρέξουμε στην ενότητα «Επίλυση κυβικών εξισώσεων».

Η ρίζα αυτής της εξίσωσης είναι x = 1: - 1 3 + 4 1 2 - 2 1 - 1 = 0.

Διαιρώντας την παράσταση - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 με το διώνυμο x - 1, παίρνουμε: - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 ⇔ - (x - 1) (x 2 - 3 x - 1) = 0

Μπορούμε να βρούμε τις υπόλοιπες ρίζες από την εξίσωση x 2 - 3 x - 1 = 0:

x 2 - 3 x - 1 = 0 D = (- 3) 2 - 4 · 1 · (- 1) = 13 x 1 = 3 + 13 2 ≈ 3 . 3; x 2 = 3 - 13 2 ≈ - 0 . 3

Βρήκαμε το διάστημα x ∈ 1; 3 + 13 2, στο οποίο το σχήμα G περιέχεται πάνω από τη μπλε και κάτω από την κόκκινη γραμμή. Αυτό μας βοηθά να προσδιορίσουμε την περιοχή του σχήματος:

S (G) = ∫ 1 3 + 13 2 - x 2 + 4 x - 2 - 1 x d x = - x 3 3 + 2 x 2 - 2 x - ln x 1 3 + 13 2 = = - 3 + 13 2 3 3 + 2 3 + 13 2 2 - 2 3 + 13 2 - ln 3 + 13 2 - - - 1 3 3 + 2 1 2 - 2 1 - ln 1 = 7 + 13 3 - ln 3 + 13 2

Απάντηση: S (G) = 7 + 13 3 - ln 3 + 13 2

Παράδειγμα 4

Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η περιοχή του σχήματος, η οποία περιορίζεται από τις καμπύλες y = x 3, y = - log 2 x + 1 και τον άξονα της τετμημένης.

Λύση

Ας σχεδιάσουμε όλες τις γραμμές στο γράφημα. Μπορούμε να πάρουμε τη γραφική παράσταση της συνάρτησης y = - log 2 x + 1 από τη γραφική παράσταση y = log 2 x αν την τοποθετήσουμε συμμετρικά γύρω από τον άξονα x και την μετακινήσουμε μία μονάδα προς τα πάνω. Η εξίσωση του άξονα x είναι y = 0.

Ας σημειώσουμε τα σημεία τομής των ευθειών.

Όπως φαίνεται από το σχήμα, οι γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων y = x 3 και y = 0 τέμνονται στο σημείο (0; 0). Αυτό συμβαίνει επειδή x = 0 είναι η μόνη πραγματική ρίζα της εξίσωσης x 3 = 0.

x = 2 είναι η μόνη ρίζα της εξίσωσης - log 2 x + 1 = 0, άρα οι γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων y = - log 2 x + 1 και y = 0 τέμνονται στο σημείο (2; 0).

x = 1 είναι η μόνη ρίζα της εξίσωσης x 3 = - log 2 x + 1 . Από αυτή την άποψη, οι γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων y = x 3 και y = - log 2 x + 1 τέμνονται στο σημείο (1; 1). Η τελευταία πρόταση μπορεί να μην είναι προφανής, αλλά η εξίσωση x 3 = - log 2 x + 1 δεν μπορεί να έχει περισσότερες από μία ρίζες, καθώς η συνάρτηση y = x 3 είναι αυστηρά αύξουσα και η συνάρτηση y = - log 2 x + 1 είναι αυστηρά φθίνουσα.

Η περαιτέρω λύση περιλαμβάνει πολλές επιλογές.

Επιλογή 1

Μπορούμε να φανταστούμε το σχήμα G ως το άθροισμα δύο καμπυλόγραμμων τραπεζοειδών που βρίσκονται πάνω από τον άξονα x, το πρώτο από τα οποία βρίσκεται παρακάτω μέση γραμμήστο τμήμα x ∈ 0; 1, και το δεύτερο είναι κάτω από την κόκκινη γραμμή στο τμήμα x ∈ 1. 2. Αυτό σημαίνει ότι η περιοχή θα είναι ίση με S (G) = ∫ 0 1 x 3 d x + ∫ 1 2 (- log 2 x + 1) d x .

Επιλογή Νο. 2

Το σχήμα G μπορεί να αναπαρασταθεί ως η διαφορά δύο σχημάτων, το πρώτο από τα οποία βρίσκεται πάνω από τον άξονα x και κάτω από την μπλε γραμμή στο τμήμα x ∈ 0. 2, και το δεύτερο μεταξύ των κόκκινων και μπλε γραμμών στο τμήμα x ∈ 1; 2. Αυτό μας επιτρέπει να βρούμε την περιοχή ως εξής:

S (G) = ∫ 0 2 x 3 d x - ∫ 1 2 x 3 - (- log 2 x + 1) d x

Σε αυτή την περίπτωση, για να βρείτε την περιοχή θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν τύπο της μορφής S (G) = ∫ c d (g 2 (y) - g 1 (y)) d y. Στην πραγματικότητα, οι γραμμές που δέσμευαν το σχήμα μπορούν να αναπαρασταθούν ως συναρτήσεις του ορίσματος y.

Ας λύσουμε τις εξισώσεις y = x 3 και - log 2 x + 1 ως προς το x:

y = x 3 ⇒ x = y 3 y = - log 2 x + 1 ⇒ log 2 x = 1 - y ⇒ x = 2 1 - y

Παίρνουμε την απαιτούμενη περιοχή:

S (G) = ∫ 0 1 (2 1 - y - y 3) d y = - 2 1 - y ln 2 - y 4 4 0 1 = = - 2 1 - 1 ln 2 - 1 4 4 - - 2 1 - 0 ln 2 - 0 4 4 = - 1 ln 2 - 1 4 + 2 ln 2 = 1 ln 2 - 1 4

Απάντηση: S (G) = 1 ln 2 - 1 4

Παράδειγμα 5

Είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την περιοχή του σχήματος, η οποία περιορίζεται από τις γραμμές y = x, y = 2 3 x - 3, y = - 1 2 x + 4.

Λύση

Με κόκκινη γραμμή σχεδιάζουμε τη γραμμή που ορίζεται από τη συνάρτηση y = x. Σχεδιάζουμε τη γραμμή y = - 1 2 x + 4 με μπλε χρώμα και τη γραμμή y = 2 3 x - 3 με μαύρο.

Ας σημειώσουμε τα σημεία τομής.

Ας βρούμε τα σημεία τομής των γραφημάτων των συναρτήσεων y = x και y = - 1 2 x + 4:

x = - 1 2 x + 4 O DZ: x ≥ 0 x = - 1 2 x + 4 2 ⇒ x = 1 4 x 2 - 4 x + 16 ⇔ x 2 - 20 x + 64 = 0 D = (- 20 ) 2 - 4 1 64 = 144 x 1 = 20 + 144 2 = 16 ; x 2 = 20 - 144 2 = 4 Έλεγχος: x 1 = 16 = 4, - 1 2 x 1 + 4 = - 1 2 16 + 4 = - 4 ⇒ x 1 = 16 όχι Είναι η λύση της εξίσωσης x 2 = 4 = 2, - 1 2 x 2 + 4 = - 1 2 4 + 4 = 2 ⇒ x 2 = 4 είναι η λύση της εξίσωσης ⇒ (4; 2) σημείο τομής i y = x και y = - 1 2 x + 4

Ας βρούμε το σημείο τομής των γραφημάτων των συναρτήσεων y = x και y = 2 3 x - 3:

x = 2 3 x - 3 O DZ: x ≥ 0 x = 2 3 x - 3 2 ⇔ x = 4 9 x 2 - 4 x + 9 ⇔ 4 x 2 - 45 x + 81 = 0 D = (- 45 ) 2 - 4 4 81 = 729 x 1 = 45 + 729 8 = 9, x 2 45 - 729 8 = 9 4 Έλεγχος: x 1 = 9 = 3, 2 3 x 1 - 3 = 2 3 9 - 3 = 3 ⇒ x 1 = 9 είναι η λύση της εξίσωσης ⇒ (9 ; 3) σημείο a s y = x και y = 2 3 x - 3 x 2 = 9 4 = 3 2, 2 3 x 1 - 3 = 2 3 9 4 - 3 = - 3 2 ⇒ x 2 = 9 4 Δεν υπάρχει λύση στην εξίσωση

Ας βρούμε το σημείο τομής των ευθειών y = - 1 2 x + 4 και y = 2 3 x - 3:

1 2 x + 4 = 2 3 x - 3 ⇔ - 3 x + 24 = 4 x - 18 ⇔ 7 x = 42 ⇔ x = 6 - 1 2 6 + 4 = 2 3 6 - 3 = 1 ⇒ (6 ; 1 ) σημείο τομής y = - 1 2 x + 4 και y = 2 3 x - 3

Μέθοδος Νο. 1

Ας φανταστούμε το εμβαδόν του επιθυμητού σχήματος ως το άθροισμα των εμβαδών των μεμονωμένων σχημάτων.

Τότε το εμβαδόν του σχήματος είναι:

S (G) = ∫ 4 6 x - - 1 2 x + 4 d x + ∫ 6 9 x - 2 3 x - 3 d x = = 2 3 x 3 2 + x 2 4 - 4 x 4 6 + 2 3 x 3 2 - x 2 3 + 3 x 6 9 = = 2 3 6 3 2 + 6 2 4 - 4 6 - 2 3 4 3 2 + 4 2 4 - 4 4 + + 2 3 9 3 2 - 9 2 3 + 3 9 - 2 3 6 3 2 - 6 2 3 + 3 6 = = - 25 3 + 4 6 + - 4 6 + 12 = 11 3

Μέθοδος Νο. 2

Το εμβαδόν του αρχικού σχήματος μπορεί να αναπαρασταθεί ως το άθροισμα δύο άλλων σχημάτων.

Στη συνέχεια λύνουμε την εξίσωση της γραμμής σε σχέση με το x και μόνο μετά από αυτό εφαρμόζουμε τον τύπο για τον υπολογισμό της περιοχής του σχήματος.

y = x ⇒ x = y 2 κόκκινη γραμμή y = 2 3 x - 3 ⇒ x = 3 2 y + 9 2 μαύρη γραμμή y = - 1 2 x + 4 ⇒ x = - 2 y + 8 s i n i a l i n e

Η περιοχή λοιπόν είναι:

S (G) = ∫ 1 2 3 2 y + 9 2 - - 2 y + 8 d y + ∫ 2 3 3 2 y + 9 2 - y 2 d y = = ∫ 1 2 7 2 y - 7 2 d y + ∫ 3 3 2 y + 9 2 - y 2 y y = = 7 4 y 2 - 7 4 y 1 2 + - y 3 3 + 3 y 2 4 + 9 2 y 2 3 = 7 4 2 2 - 7 4 2 - 7 4 1 2 - 7 4 1 + + - 3 3 3 + 3 3 2 4 + 9 2 3 - - 2 3 3 + 3 2 2 4 + 9 2 2 = = 7 4 + 23 12 = 11 3

Όπως μπορείτε να δείτε, οι τιμές είναι οι ίδιες.

Απάντηση: S (G) = 11 3

Αποτελέσματα

Για να βρούμε το εμβαδόν ενός σχήματος που περιορίζεται από δεδομένες γραμμές, πρέπει να κατασκευάσουμε γραμμές σε ένα επίπεδο, να βρούμε τα σημεία τομής τους και να εφαρμόσουμε τον τύπο για να βρούμε την περιοχή. Σε αυτήν την ενότητα, εξετάσαμε τις πιο συνηθισμένες παραλλαγές εργασιών.

Εάν παρατηρήσετε κάποιο σφάλμα στο κείμενο, επισημάνετε το και πατήστε Ctrl+Enter

Αρχίζουμε να εξετάζουμε την πραγματική διαδικασία υπολογισμού του διπλού ολοκληρώματος και να εξοικειωνόμαστε με τη γεωμετρική του σημασία.

Διπλό ολοκλήρωμα αριθμητικά ίσο με εμβαδόνεπίπεδη φιγούρα (περιοχή ολοκλήρωσης). Αυτό απλούστερη μορφήδιπλό ολοκλήρωμα, όταν η συνάρτηση δύο μεταβλητών είναι ίση με μία: .

Ας εξετάσουμε πρώτα το πρόβλημα γενική εικόνα. Τώρα θα εκπλαγείτε πολύ πόσο απλά είναι όλα πραγματικά! Ας υπολογίσουμε το εμβαδόν ενός επίπεδου σχήματος που οριοθετείται από γραμμές. Για βεβαιότητα, υποθέτουμε ότι στο τμήμα . Το εμβαδόν αυτού του σχήματος είναι αριθμητικά ίσο με:

Ας απεικονίσουμε την περιοχή στο σχέδιο:

Ας επιλέξουμε τον πρώτο τρόπο να διασχίσουμε την περιοχή:

Ετσι:

Και άμεσα σημαντικό τεχνική τεχνική: τα επαναλαμβανόμενα ολοκληρώματα μπορούν να υπολογιστούν χωριστά. Πρώτα το εσωτερικό ολοκλήρωμα, μετά το εξωτερικό ολοκλήρωμα. Αυτή η μέθοδοςΤο προτείνω ανεπιφύλακτα σε αρχάριους στο αντικείμενο.

1) Ας υπολογίσουμε το εσωτερικό ολοκλήρωμα και η ολοκλήρωση πραγματοποιείται πάνω από τη μεταβλητή "y":

Το αόριστο ολοκλήρωμα εδώ είναι το απλούστερο και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ο συνηθισμένος τύπος Newton-Leibniz, με τη μόνη διαφορά ότι τα όρια της ολοκλήρωσης δεν είναι αριθμοί, αλλά συναρτήσεις. Πρώτα, αντικαταστήσαμε το ανώτερο όριο με το «y» (αντιπαράγωγη συνάρτηση) και μετά το κατώτερο όριο

2) Το αποτέλεσμα που προκύπτει στην πρώτη παράγραφο πρέπει να αντικατασταθεί στο εξωτερικό ολοκλήρωμα:

Μια πιο συμπαγής αναπαράσταση ολόκληρης της λύσης μοιάζει με αυτό:

Ο τύπος που προκύπτει - αυτό ακριβώς τύπος εργασίαςνα υπολογίσετε το εμβαδόν ενός επίπεδου σχήματος χρησιμοποιώντας το «συνηθισμένο» οριστικό ολοκλήρωμα! Παρακολουθήστε το μάθημα Υπολογισμός περιοχής με χρήση ορισμένου ολοκληρώματος, εκεί είναι σε κάθε βήμα!

Αυτό είναι, πρόβλημα υπολογισμού εμβαδού με χρήση διπλού ολοκληρώματος όχι πολύ διαφορετικόαπό το πρόβλημα εύρεσης της περιοχής με χρήση ορισμένου ολοκληρώματος!Στην πραγματικότητα, είναι το ίδιο πράγμα!

Κατά συνέπεια, δεν πρέπει να προκύψουν δυσκολίες! Δεν θα εξετάσω πολλά παραδείγματα, αφού στην πραγματικότητα, έχετε αντιμετωπίσει επανειλημμένα αυτό το έργο.

Παράδειγμα 9

Λύση:Ας απεικονίσουμε την περιοχή στο σχέδιο:

Ας επιλέξουμε την ακόλουθη σειρά διέλευσης της περιοχής:

Εδώ και παραπέρα δεν θα σταθώ στο πώς θα διασχίσω την περιοχή, αφού στην πρώτη παράγραφο δόθηκαν πολύ αναλυτικές εξηγήσεις.

Ετσι:

Όπως έχω ήδη σημειώσει, είναι καλύτερο για τους αρχάριους να υπολογίζουν τα επαναλαμβανόμενα ολοκληρώματα ξεχωριστά και θα παραμείνω στην ίδια μέθοδο:

1) Αρχικά, χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz, ασχολούμαστε με το εσωτερικό ολοκλήρωμα:

2) Το αποτέλεσμα που προκύπτει στο πρώτο βήμα αντικαθίσταται στο εξωτερικό ολοκλήρωμα:

Το σημείο 2 είναι στην πραγματικότητα εύρεση του εμβαδού ενός επίπεδου σχήματος χρησιμοποιώντας ένα καθορισμένο ολοκλήρωμα.

Απάντηση:

Αυτό είναι ένα τόσο ανόητο και αφελές έργο.

Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα για μια ανεξάρτητη λύση:

Παράδειγμα 10

Χρησιμοποιώντας ένα διπλό ολοκλήρωμα, υπολογίστε το εμβαδόν ενός επίπεδου σχήματος που οριοθετείται από τις ευθείες, ,

Δείγμα κατά προσέγγισηοριστικοποίηση της λύσης στο τέλος του μαθήματος.

Στα Παραδείγματα 9-10, είναι πολύ πιο κερδοφόρο να χρησιμοποιήσετε την πρώτη μέθοδο διέλευσης της περιοχής, παρεμπιπτόντως, οι περίεργοι αναγνώστες μπορούν να αλλάξουν τη σειρά διέλευσης και να υπολογίσουν τις περιοχές χρησιμοποιώντας τη δεύτερη μέθοδο. Εάν δεν κάνετε λάθος, τότε, φυσικά, θα λάβετε τις ίδιες τιμές περιοχής.

Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, η δεύτερη μέθοδος διέλευσης της περιοχής είναι πιο αποτελεσματική, και στο τέλος της πορείας του νεαρού σπασίκλα, ας δούμε μερικά ακόμη παραδείγματα για αυτό το θέμα:

Παράδειγμα 11

Χρησιμοποιώντας ένα διπλό ολοκλήρωμα, υπολογίστε το εμβαδόν ενός επίπεδου σχήματος που οριοθετείται από γραμμές,

Λύση:Ανυπομονούμε για δύο παραβολές με μια ιδιορρυθμία που βρίσκονται στα πλάγια. Δεν χρειάζεται να χαμογελάτε παρόμοια πράγματα συμβαίνουν αρκετά συχνά σε πολλαπλά ολοκληρώματα.

Ποιος είναι ο ευκολότερος τρόπος για να κάνετε ένα σχέδιο;

Ας φανταστούμε μια παραβολή με τη μορφή δύο συναρτήσεων:
– ο άνω κλάδος και – ο κάτω κλάδος.

Ομοίως, φανταστείτε μια παραβολή με τη μορφή άνω και κάτω κλαδια δεντρου.

Στη συνέχεια, η κατά σημείο σχεδίαση κανόνων γραφημάτων, με αποτέλεσμα αυτό το παράξενο σχήμα:

Υπολογίζουμε το εμβαδόν του σχήματος χρησιμοποιώντας το διπλό ολοκλήρωμα σύμφωνα με τον τύπο:

Τι θα συμβεί αν επιλέξουμε την πρώτη μέθοδο διασχίζοντας την περιοχή; Πρώτον, αυτή η περιοχή θα πρέπει να χωριστεί σε δύο μέρη. Και δεύτερον, θα παρατηρήσουμε αυτή τη θλιβερή εικόνα: . Τα ολοκληρώματα, βέβαια, δεν είναι υπερ-σύνθετου επιπέδου, αλλά... υπάρχει ένα παλιό μαθηματικό ρητό: όσοι είναι κοντά στις ρίζες τους δεν χρειάζονται τεστ.

Επομένως, από την παρανόηση που δίνεται στη συνθήκη, εκφράζουμε τις αντίστροφες συναρτήσεις:

Αντίστροφες συναρτήσεις V σε αυτό το παράδειγμαέχουν το πλεονέκτημα ότι καθορίζουν ολόκληρη την παραβολή ταυτόχρονα χωρίς φύλλα, βελανίδια, κλαδιά και ρίζες.

Σύμφωνα με τη δεύτερη μέθοδο, η διάβαση της περιοχής θα είναι η εξής:

Ετσι:

Όπως λένε, νιώστε τη διαφορά.

1) Ασχολούμαστε με το εσωτερικό ολοκλήρωμα:

Αντικαθιστούμε το αποτέλεσμα στο εξωτερικό ολοκλήρωμα:

Η ολοκλήρωση πάνω από τη μεταβλητή "y" δεν πρέπει να προκαλεί σύγχυση εάν υπήρχε ένα γράμμα "zy", θα ήταν υπέροχο να ενσωματωθεί πάνω από αυτό. Αν και ποιος διάβασε τη δεύτερη παράγραφο του μαθήματος Πώς να υπολογίσετε τον όγκο ενός σώματος περιστροφής, δεν βιώνει πλέον την παραμικρή αμηχανία με την ενσωμάτωση σύμφωνα με τη μέθοδο «Υ».

Προσέξτε επίσης το πρώτο βήμα: το ολοκλήρωμα είναι άρτιο και το διάστημα ολοκλήρωσης είναι συμμετρικό περίπου μηδέν. Επομένως, το τμήμα μπορεί να μειωθεί στο μισό και το αποτέλεσμα μπορεί να διπλασιαστεί. Αυτή η τεχνικήσχολίασε αναλυτικά στο μάθημα Αποτελεσματικές μέθοδοιυπολογίζοντας το οριστικό ολοκλήρωμα.

Τι να προσθέσω…. Ολα!

Απάντηση:

Για να δοκιμάσετε την τεχνική ολοκλήρωσης, μπορείτε να προσπαθήσετε να υπολογίσετε . Η απάντηση θα πρέπει να είναι ακριβώς η ίδια.

Παράδειγμα 12

Χρησιμοποιώντας ένα διπλό ολοκλήρωμα, υπολογίστε το εμβαδόν ενός επίπεδου σχήματος που οριοθετείται από γραμμές

Αυτό είναι ένα παράδειγμα για να το λύσετε μόνοι σας. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι αν προσπαθήσετε να χρησιμοποιήσετε την πρώτη μέθοδο διάβασης της περιοχής, η φιγούρα δεν θα χρειάζεται πλέον να χωρίζεται σε δύο, αλλά σε τρία μέρη! Και, κατά συνέπεια, παίρνουμε τρία ζεύγη επαναλαμβανόμενων ολοκληρωμάτων. Συμβαίνει μερικές φορές.

Το master class έφτασε στο τέλος του και ήρθε η ώρα να προχωρήσουμε στο επίπεδο grandmaster - Πώς να υπολογίσετε το διπλό ολοκλήρωμα; Παραδείγματα λύσεων. Θα προσπαθήσω να μην είμαι τόσο μανιακός στο δεύτερο άρθρο =)

Σου εύχομαι επιτυχία!

Λύσεις και απαντήσεις:

Παράδειγμα 2:Λύση: Ας απεικονίσουμε την περιοχή στο σχέδιο:

Ας επιλέξουμε την ακόλουθη σειρά διέλευσης της περιοχής:

Ετσι:
Ας προχωρήσουμε στις αντίστροφες συναρτήσεις:

Ετσι:
Απάντηση:

Παράδειγμα 4:Λύση: Ας προχωρήσουμε στις άμεσες συναρτήσεις:

Ας κάνουμε το σχέδιο:

Ας αλλάξουμε τη σειρά διέλευσης της περιοχής:

Απάντηση:

Πρόβλημα 1(σχετικά με τον υπολογισμό του εμβαδού ενός κυρτού τραπεζοειδούς).

Στο καρτεσιανό ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων xOy, δίνεται ένα σχήμα (βλ. σχήμα) που οριοθετείται από τον άξονα x, ευθείες x = a, x = b (a από ένα καμπυλόγραμμο τραπέζιο. Απαιτείται να υπολογιστεί το εμβαδόν ενός καμπυλόγραμμου τραπεζοειδές.
Λύση.Η Γεωμετρία μας δίνει συνταγές για τον υπολογισμό των εμβαδών των πολυγώνων και ορισμένων τμημάτων ενός κύκλου (τομέας, τμήμα). Χρησιμοποιώντας γεωμετρικές εκτιμήσεις, μπορούμε να βρούμε μόνο μια κατά προσέγγιση τιμή της απαιτούμενης περιοχής, συλλογίζοντας ως εξής.

Ας χωρίσουμε το τμήμα [a; β] (βάση κυρτού τραπεζοειδούς) σε n ίσα μέρη. αυτή η κατάτμηση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας σημεία x 1, x 2, ... x k, ... x n-1. Ας τραβήξουμε ευθείες γραμμές μέσα από αυτά τα σημεία παράλληλες στον άξονα y. Τότε το δεδομένο καμπυλόγραμμο τραπέζιο θα χωριστεί σε n μέρη, σε n στενές στήλες. Το εμβαδόν ολόκληρου του τραπεζοειδούς είναι ίσο με το άθροισμα των περιοχών των στηλών.

Ας εξετάσουμε την k-η στήλη ξεχωριστά, δηλ. ένα καμπύλο τραπεζοειδές του οποίου η βάση είναι ένα τμήμα. Ας το αντικαταστήσουμε με ένα ορθογώνιο με την ίδια βάση και ύψος ίσο με f(x k) (βλ. σχήμα). Το εμβαδόν του ορθογωνίου είναι ίσο με $f(x_k) \cdot \Delta x_k $, όπου $\Delta x_k $ είναι το μήκος του τμήματος. Είναι φυσικό να θεωρηθεί το προϊόν που προκύπτει ως μια κατά προσέγγιση τιμή του εμβαδού της kth στήλης.

Αν κάνουμε τώρα το ίδιο με όλες τις άλλες στήλες, θα καταλήξουμε στο εξής αποτέλεσμα: το εμβαδόν S ενός δεδομένου καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς είναι περίπου ίσο με το εμβαδόν S n ενός κλιμακωτού σχήματος που αποτελείται από n ορθογώνια (βλ. σχήμα):
$S_n = f(x_0)\Delta x_0 + \dots + f(x_k)\Delta x_k + \dots + f(x_(n-1))\Delta x_(n-1) $
Εδώ, για λόγους ομοιομορφίας σημειογραφίας, υποθέτουμε ότι a = x 0, b = x n; $\Delta x_0 $ - μήκος του τμήματος, $\Delta x_1 $ - μήκος του τμήματος, κ.λπ.; σε αυτήν την περίπτωση, όπως συμφωνήσαμε παραπάνω, $\Δέλτα x_0 = \κουκκίδες = \Δέλτα x_(n-1) $

Έτσι, $S \περίπου S_n $, και αυτή η κατά προσέγγιση ισότητα είναι πιο ακριβής, όσο μεγαλύτερο είναι το n.
Εξ ορισμού, πιστεύεται ότι η απαιτούμενη περιοχή ενός καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς είναι ίση με το όριο της ακολουθίας (S n):
$$ S = \lim_(n \έως \infty) S_n $$

Πρόβλημα 2(σχετικά με τη μετακίνηση ενός σημείου)
Κινείται σε ευθεία γραμμή υλικό σημείο. Η εξάρτηση της ταχύτητας από το χρόνο εκφράζεται με τον τύπο v = v(t). Να βρείτε την κίνηση ενός σημείου σε μια χρονική περίοδο [a; σι].
Λύση.Αν η κίνηση ήταν ομοιόμορφη, τότε το πρόβλημα θα λυνόταν πολύ απλά: s = vt, δηλ. s = v(b-a). Για ανομοιόμορφη κίνηση, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις ίδιες ιδέες στις οποίες βασίστηκε η λύση στο προηγούμενο πρόβλημα.
1) Διαιρέστε το χρονικό διάστημα [a; β] σε n ίσα μέρη.
2) Θεωρήστε μια χρονική περίοδο και υποθέστε ότι κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου η ταχύτητα ήταν σταθερή, όπως και τη χρονική στιγμή t k. Υποθέτουμε λοιπόν ότι v = v(t k).
3) Ας βρούμε την κατά προσέγγιση τιμή της κίνησης του σημείου σε μια χρονική περίοδο, θα υποδηλώσουμε αυτή την κατά προσέγγιση τιμή ως s k
$s_k = v(t_k) \Δέλτα t_k $
4) Βρείτε την κατά προσέγγιση τιμή της μετατόπισης s:
$s \περίπου S_n $ όπου
$S_n = s_0 + \dots + s_(n-1) = v(t_0)\Delta t_0 + \dots + v(t_(n-1)) \Δέλτα t_(n-1) $
5) Η απαιτούμενη μετατόπιση είναι ίση με το όριο της ακολουθίας (S n):
$$ s = \lim_(n \έως \infty) S_n $$

Ας συνοψίσουμε. Οι λύσεις σε διάφορα προβλήματα περιορίστηκαν στο ίδιο μαθηματικό μοντέλο. Πολλά προβλήματα από διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας οδηγούν στο ίδιο μοντέλο στη διαδικασία επίλυσης. Αυτό σημαίνει ότι αυτό το μαθηματικό μοντέλο πρέπει να μελετηθεί ειδικά.

Η έννοια του ορισμένου ολοκληρώματος

Ας δώσουμε μια μαθηματική περιγραφή του μοντέλου που χτίστηκε στα τρία εξεταζόμενα προβλήματα για τη συνάρτηση y = f(x), συνεχής (αλλά όχι απαραίτητα μη αρνητικός, όπως υποτέθηκε στα εξεταζόμενα προβλήματα) στο διάστημα [a; σι]:
1) χωρίστε το τμήμα [a; β] σε n ίσα μέρη.
2) σχηματίστε το άθροισμα $$ S_n = f(x_0)\Delta x_0 + f(x_1)\Delta x_1 + \dots + f(x_(n-1))\Delta x_(n-1) $$
3) υπολογίστε $$ \lim_(n \to \infty) S_n $$

Κατά τη διάρκεια της μαθηματικής ανάλυσης αποδείχθηκε ότι αυτό το όριο υπάρχει στην περίπτωση μιας συνεχούς (ή τμηματικά συνεχούς) συνάρτησης. Ονομάζεται ορισμένο ολοκλήρωμα της συνάρτησης y = f(x) πάνω από το τμήμα [a; σι]και συμβολίζεται ως εξής:
$\int\limits_a^b f(x) dx $
Οι αριθμοί a και b ονομάζονται όρια ολοκλήρωσης (κάτω και άνω, αντίστοιχα).

Ας επιστρέψουμε στις εργασίες που συζητήθηκαν παραπάνω. Ο ορισμός της περιοχής που δίνεται στο Πρόβλημα 1 μπορεί τώρα να ξαναγραφτεί ως εξής:
$S = \int\limits_a^b f(x) dx $
εδώ S είναι η περιοχή του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Αυτό είναι γεωμετρική σημασίαοριστικό ολοκλήρωμα.

Ο ορισμός της μετατόπισης s ενός σημείου που κινείται σε ευθεία γραμμή με ταχύτητα v = v(t) κατά τη διάρκεια της χρονικής περιόδου από t = a έως t = b, που δίνεται στο Πρόβλημα 2, μπορεί να ξαναγραφτεί ως εξής:

Τύπος Newton - Leibniz

Αρχικά, ας απαντήσουμε στο ερώτημα: ποια είναι η σχέση μεταξύ του οριστικού ολοκλήρωσης και του αντιπαράγωγου;

Η απάντηση βρίσκεται στο Πρόβλημα 2. Αφενός, η μετατόπιση s ενός σημείου που κινείται σε ευθεία γραμμή με ταχύτητα v = v(t) στη χρονική περίοδο από t = a έως t = b υπολογίζεται με ο τύπος
$S = \int\limits_a^b v(t) dt $

Από την άλλη πλευρά, η συντεταγμένη ενός κινούμενου σημείου είναι μια αντιπαράγωγος για την ταχύτητα - ας τη συμβολίσουμε s(t). αυτό σημαίνει ότι η μετατόπιση s εκφράζεται με τον τύπο s = s(b) - s(a). Ως αποτέλεσμα παίρνουμε:
$S = \int\limits_a^b v(t) dt = s(b)-s(a) $
όπου s(t) είναι το αντιπαράγωγο του v(t).

Το παρακάτω θεώρημα αποδείχθηκε κατά τη διάρκεια της μαθηματικής ανάλυσης.
Θεώρημα. Αν η συνάρτηση y = f(x) είναι συνεχής στο διάστημα [a; b], τότε ο τύπος είναι έγκυρος
$S = \int\limits_a^b f(x) dx = F(b)-F(a) $
όπου F(x) είναι το αντιπαράγωγο της f(x).

Ο δεδομένος τύπος συνήθως ονομάζεται Τύπος Newton-Leibnizπρος τιμήν του Άγγλου φυσικού Ισαάκ Νεύτωνα (1643-1727) και του Γερμανού φιλοσόφου Γκότφριντ Λάιμπνιτς (1646-1716), που το έλαβαν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον και σχεδόν ταυτόχρονα.

Στην πράξη, αντί να γράφουν F(b) - F(a), χρησιμοποιούν τον συμβολισμό $\left. F(x)\right|_a^b $ (μερικές φορές ονομάζεται διπλή αντικατάσταση) και, κατά συνέπεια, ξαναγράψτε τον τύπο Newton-Leibniz με αυτή τη μορφή:
$S = \int\limits_a^b f(x) dx = \αριστερά. F(x)\right|_a^b $

Κατά τον υπολογισμό ενός ορισμένου ολοκληρώματος, βρείτε πρώτα το αντιπαράγωγο και μετά πραγματοποιήστε διπλή αντικατάσταση.

Με βάση τον τύπο Newton-Leibniz, μπορούμε να λάβουμε δύο ιδιότητες του ορισμένου ολοκληρώματος.

Ιδιοκτησία 1.Ολοκλήρωμα του αθροίσματος των συναρτήσεων ίσο με το άθροισμαολοκληρώματα:
$\int\limits_a^b (f(x) + g(x))dx = \int\limits_a^b f(x)dx + \int\limits_a^b g(x)dx $

Ιδιοκτησία 2.Ο σταθερός παράγοντας μπορεί να αφαιρεθεί από το ολοκλήρωμα:
$\int\limits_a^b kf(x)dx = k \int\limits_a^b f(x)dx $

Υπολογισμός των εμβαδών των επίπεδων σχημάτων με χρήση ορισμένου ολοκληρώματος

Χρησιμοποιώντας το ολοκλήρωμα, μπορείτε να υπολογίσετε τις περιοχές όχι μόνο των καμπυλόγραμμων τραπεζοειδών, αλλά και των επίπεδων μορφών περισσότερο σύνθετου τύπου, για παράδειγμα αυτό που φαίνεται στο σχήμα. Το σχήμα P περιορίζεται από ευθείες x = a, x = b και γραφήματα συνεχών συναρτήσεων y = f(x), y = g(x), και στο τμήμα [a; β] ισχύει η ανισότητα $g(x) \leq f(x) $. Για να υπολογίσουμε το εμβαδόν S ενός τέτοιου σχήματος, θα προχωρήσουμε ως εξής:
$S = S_(ABCD) = S_(aDCb) - S_(aABb) = \int\limits_a^b f(x) dx - \int\limits_a^b g(x) dx = $
$= \int\limits_a^b (f(x)-g(x))dx $

Άρα, το εμβαδόν S ενός σχήματος που οριοθετείται από ευθείες x = a, x = b και γραφικές παραστάσεις των συναρτήσεων y = f(x), y = g(x), συνεχές στο τμήμα και τέτοιο ώστε για οποιοδήποτε x από το τμήμα [ένα; β] η ανισότητα $g(x) \leq f(x) $ ικανοποιείται, υπολογισμένη με τον τύπο
$S = \int\limits_a^b (f(x)-g(x))dx $

Πίνακας αόριστων ολοκληρωμάτων (αντιπαράγωγα) ορισμένων συναρτήσεων

$$ \int 0 \cdot dx = C $$ $$ \int 1 \cdot dx = x+C $$ $$ \int x^n dx = \frac(x^(n+1))(n+1 ) +C \;\; (n \neq -1) $$ $$ \int \frac(1)(x) dx = \ln |x| +C $$ $$ \int e^x dx = e^x +C $$ $$ \int a^x dx = \frac(a^x)(\ln a) +C \;\; (a>0, \;\; a \neq 1) $$ $$ \int \cos x dx = \sin x +C $$ $$ \int \sin x dx = -\cos x +C $$ $ $ \int \frac(dx)(\cos^2 x) = \text(tg) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(\sin^2 x) = -\text(ctg) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(\sqrt(1-x^2)) = \text(arcsin) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(1+x^2 ) = \text(arctg) x +C $$ $$ \int \text(ch) x dx = \text(sh) x +C $$ $$ \int \text(sh) x dx = \text(ch ) x +C $$

Σε αυτό το άρθρο θα μάθετε πώς να βρίσκετε την περιοχή ενός σχήματος που οριοθετείται από γραμμές χρησιμοποιώντας ολοκληρωμένους υπολογισμούς. Για πρώτη φορά συναντάμε τη διατύπωση ενός τέτοιου προβλήματος στο λύκειο, όταν μόλις ολοκληρώσαμε τη μελέτη ορισμένων ολοκληρωμάτων και ήρθε η ώρα να ξεκινήσουμε τη γεωμετρική ερμηνεία της αποκτηθείσας γνώσης στην πράξη.

Έτσι, τι απαιτείται για την επιτυχή επίλυση του προβλήματος της εύρεσης της περιοχής ενός σχήματος χρησιμοποιώντας ολοκληρώματα:

Δυνατότητα δημιουργίας ικανών σχεδίων.
Ικανότητα επίλυσης ορισμένου ολοκληρώματος χρησιμοποιώντας τον γνωστό τύπο Newton-Leibniz.
Η ικανότητα να "δείτε" μια πιο κερδοφόρα επιλογή λύσης - δηλ. καταλαβαίνετε πώς θα είναι πιο βολικό να πραγματοποιήσετε την ενοποίηση σε μια ή την άλλη περίπτωση; Κατά μήκος του άξονα x (OX) ή του άξονα y (OY);
Λοιπόν, πού θα ήμασταν χωρίς σωστούς υπολογισμούς;) Αυτό περιλαμβάνει την κατανόηση του τρόπου επίλυσης αυτού του άλλου τύπου ολοκληρωμάτων και τους σωστούς αριθμητικούς υπολογισμούς.

Αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος του υπολογισμού του εμβαδού ενός σχήματος που οριοθετείται από γραμμές:

1. Χτίζουμε ένα σχέδιο. Συνιστάται να το κάνετε αυτό σε ένα καρό χαρτί, σε μεγάλη κλίμακα. Υπογράφουμε το όνομα αυτής της συνάρτησης με ένα μολύβι πάνω από κάθε γράφημα. Η υπογραφή των γραφημάτων γίνεται αποκλειστικά για τη διευκόλυνση περαιτέρω υπολογισμών. Έχοντας λάβει ένα γράφημα του επιθυμητού σχήματος, στις περισσότερες περιπτώσεις θα είναι αμέσως σαφές ποια όρια ολοκλήρωσης θα χρησιμοποιηθούν. Έτσι, λύνουμε το πρόβλημα γραφικά. Ωστόσο, συμβαίνει ότι οι τιμές των ορίων είναι κλασματικές ή παράλογες. Επομένως, μπορείτε να κάνετε πρόσθετους υπολογισμούς, μεταβείτε στο δεύτερο βήμα.

2. Εάν τα όρια ολοκλήρωσης δεν καθορίζονται ρητά, τότε βρίσκουμε τα σημεία τομής των γραφημάτων μεταξύ τους και βλέπουμε αν η γραφική μας λύση συμπίπτει με την αναλυτική.

3. Στη συνέχεια, πρέπει να αναλύσετε το σχέδιο. Ανάλογα με το πώς είναι διατεταγμένα τα γραφήματα συναρτήσεων, υπάρχουν διαφορετικές προσεγγίσεις για την εύρεση του εμβαδού ενός σχήματος. Ας σκεφτούμε διαφορετικά παραδείγματαγια την εύρεση του εμβαδού ενός σχήματος χρησιμοποιώντας ολοκληρώματα.

3.1. Η πιο κλασική και απλούστερη εκδοχή του προβλήματος είναι όταν πρέπει να βρείτε την περιοχή ενός κυρτού τραπεζοειδούς. Τι είναι ένα καμπύλο τραπεζοειδές; Αυτό επίπεδη φιγούρα, που περιορίζεται από τον άξονα x (y = 0), ευθεία x = a, x = bκαι οποιαδήποτε καμπύλη συνεχή στο διάστημα από έναπριν σι. Επιπλέον, αυτός ο αριθμός είναι μη αρνητικός και βρίσκεται όχι κάτω από τον άξονα x. Σε αυτήν την περίπτωση, το εμβαδόν του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς είναι αριθμητικά ίσο με ένα ορισμένο ολοκλήρωμα, το οποίο υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz:

Παράδειγμα 1 y = x2 – 3x + 3, x = 1, x = 3, y = 0.

Από ποιες γραμμές οριοθετείται το σχήμα; Έχουμε παραβολή y = x2 – 3x + 3, που βρίσκεται πάνω από τον άξονα OH, είναι μη αρνητικό, γιατί όλα τα σημεία αυτής της παραβολής έχουν θετικές τιμές. Στη συνέχεια, δίνονται ευθείες γραμμές x = 1Και x = 3, που εκτείνονται παράλληλα με τον άξονα OU, είναι οι οριακές γραμμές του σχήματος αριστερά και δεξιά. Καλά y = 0, είναι επίσης ο άξονας x, που περιορίζει το σχήμα από κάτω. Το σχήμα που προκύπτει είναι σκιασμένο, όπως φαίνεται από το σχήμα στα αριστερά. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να ξεκινήσετε αμέσως την επίλυση του προβλήματος. Μπροστά μας είναι ένα απλό παράδειγμα καμπύλου τραπεζοειδούς, το οποίο λύνουμε περαιτέρω χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz.

3.2. Στην προηγούμενη παράγραφο 3.1, εξετάσαμε την περίπτωση που ένα καμπύλο τραπεζοειδές βρίσκεται πάνω από τον άξονα x. Τώρα εξετάστε την περίπτωση όταν οι συνθήκες του προβλήματος είναι οι ίδιες, εκτός από το ότι η συνάρτηση βρίσκεται κάτω από τον άξονα x. Ένα μείον προστίθεται στον τυπικό τύπο Newton-Leibniz. Θα εξετάσουμε πώς να λύσουμε ένα τέτοιο πρόβλημα παρακάτω.

Παράδειγμα 2 . Υπολογίστε το εμβαδόν ενός σχήματος που οριοθετείται από γραμμές y = x2 + 6x + 2, x = -4, x = -1, y = 0.

Σε αυτό το παράδειγμα έχουμε μια παραβολή y = x2 + 6x + 2, που πηγάζει από τον άξονα OH, ευθεία x = -4, x = -1, y = 0. Εδώ y = 0περιορίζει το επιθυμητό σχήμα από πάνω. Απευθείας x = -4Και x = -1αυτά είναι τα όρια μέσα στα οποία θα υπολογιστεί το οριστικό ολοκλήρωμα. Η αρχή της επίλυσης του προβλήματος της εύρεσης της περιοχής ενός σχήματος συμπίπτει σχεδόν πλήρως με το παράδειγμα 1. Η μόνη διαφορά είναι ότι δεδομένη λειτουργίαδεν είναι θετικό, και εξακολουθεί να είναι συνεχές στο διάστημα [-4; -1] . Τι εννοείς όχι θετικό; Όπως φαίνεται από το σχήμα, το σχήμα που βρίσκεται μέσα στα δεδομένα x έχει αποκλειστικά «αρνητικές» συντεταγμένες, κάτι που πρέπει να δούμε και να θυμόμαστε όταν λύνουμε το πρόβλημα. Αναζητούμε την περιοχή του σχήματος χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz, μόνο με το σύμβολο μείον στην αρχή.

Το άρθρο δεν έχει ολοκληρωθεί.

Δυνατότητα δημιουργίας ικανών σχεδίων.
Ικανότητα επίλυσης ορισμένου ολοκληρώματος χρησιμοποιώντας τον γνωστό τύπο Newton-Leibniz.
Η ικανότητα να "δείτε" μια πιο κερδοφόρα επιλογή λύσης - δηλ. καταλαβαίνετε πώς θα είναι πιο βολικό να πραγματοποιήσετε την ενοποίηση σε μια ή την άλλη περίπτωση; Κατά μήκος του άξονα x (OX) ή του άξονα y (OY);
Λοιπόν, πού θα ήμασταν χωρίς σωστούς υπολογισμούς;) Αυτό περιλαμβάνει την κατανόηση του τρόπου επίλυσης αυτού του άλλου τύπου ολοκληρωμάτων και τους σωστούς αριθμητικούς υπολογισμούς.

3. Στη συνέχεια, πρέπει να αναλύσετε το σχέδιο. Ανάλογα με το πώς είναι διατεταγμένα τα γραφήματα συναρτήσεων, υπάρχουν διαφορετικές προσεγγίσεις για την εύρεση του εμβαδού ενός σχήματος. Ας δούμε διαφορετικά παραδείγματα εύρεσης του εμβαδού ενός σχήματος χρησιμοποιώντας ολοκληρώματα.

3.1. Η πιο κλασική και απλούστερη εκδοχή του προβλήματος είναι όταν πρέπει να βρείτε την περιοχή ενός κυρτού τραπεζοειδούς. Τι είναι ένα καμπύλο τραπεζοειδές; Αυτό είναι ένα επίπεδο σχήμα που περιορίζεται από τον άξονα x (y = 0), ευθεία x = a, x = bκαι οποιαδήποτε καμπύλη συνεχή στο διάστημα από έναπριν σι. Επιπλέον, αυτός ο αριθμός είναι μη αρνητικός και βρίσκεται όχι κάτω από τον άξονα x. Σε αυτήν την περίπτωση, το εμβαδόν του καμπυλόγραμμου τραπεζοειδούς είναι αριθμητικά ίσο με ένα ορισμένο ολοκλήρωμα, το οποίο υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz:

Παράδειγμα 1 y = x2 – 3x + 3, x = 1, x = 3, y = 0.

Παράδειγμα 2 . Υπολογίστε το εμβαδόν ενός σχήματος που οριοθετείται από γραμμές y = x2 + 6x + 2, x = -4, x = -1, y = 0.

Σε αυτό το παράδειγμα έχουμε μια παραβολή y = x2 + 6x + 2, που πηγάζει από τον άξονα OH, ευθεία x = -4, x = -1, y = 0. Εδώ y = 0περιορίζει το επιθυμητό σχήμα από πάνω. Απευθείας x = -4Και x = -1αυτά είναι τα όρια μέσα στα οποία θα υπολογιστεί το οριστικό ολοκλήρωμα. Η αρχή της επίλυσης του προβλήματος της εύρεσης της περιοχής ενός σχήματος συμπίπτει σχεδόν πλήρως με το παράδειγμα 1. Η μόνη διαφορά είναι ότι η δεδομένη συνάρτηση δεν είναι θετική και είναι επίσης συνεχής στο διάστημα [-4; -1] . Τι εννοείς όχι θετικό; Όπως φαίνεται από το σχήμα, το σχήμα που βρίσκεται μέσα στα δεδομένα x έχει αποκλειστικά «αρνητικές» συντεταγμένες, κάτι που πρέπει να δούμε και να θυμόμαστε όταν λύνουμε το πρόβλημα. Αναζητούμε την περιοχή του σχήματος χρησιμοποιώντας τον τύπο Newton-Leibniz, μόνο με το σύμβολο μείον στην αρχή.

Το άρθρο δεν έχει ολοκληρωθεί.