高三数学微积分基本定理1
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科 目 数学 年级 高三 备课人 高三数学组第 课时 3.6定积分与微积分基本定理考纲定位 了解定积分的概念及几何意义;了解微积分基本定理.【考点整合】 1、定积分()baf x dx ⎰的几何意义:2、定积分的性质: (1)()______bakf x dx =⎰(2)12[()()]______________baf x f x dx ±=⎰(3)()()______()bc aaf x dx f x dx a c b =+<<⎰⎰其中3、微积分基本定理一般地,如果()f x 是区间[,]a b 上的连续函数,并且()()F x f x '=,那么()___________baf x dx =⎰【典型例题】一、利用微积分基本定理求函数的积分 1、计算定积分:(1)32(1)xdx +⎰ (2)0sin xdx π⎰ (3)20sin xdx π⎰2、(2010 湖南)421d x x⎰等于( ) A .2ln 2- B .2ln 2 C .ln 2- D .ln 23、(2011 福建)1(2)xe x dx +⎰等于( )A .1B .1e -C .eD .1e +4、(2013 湖南)计算1213x dx -⎰的值等于 .二、利用积分求区域面积5、(2012 湖北)已知二次函数()y f x =的图像如图所示,则它与x 轴所围图形的面积为( )A.25π B.43 C.32 D.2π6、(2012 福建)如图所示,在边长为1的正方形OABC 中任取一点P ,xyo y f (x)=abS则点P 恰好取自阴影部分的概率为( ) A .41 B .51 C .61 D .71 7、已知函数,则21()f x dx -⎰等于( )A .3B .4C .3.5D .4.58、(2011 湖南)由直线,,033x x y ππ=-==与曲线cos y x =所围成的封闭图形的面积为( )A .12 B .1 C .32D .3【上本作业】已知实数0a ≠,函数2()(2),()f x ax x x R =-∈.(1)若函数()f x 有极大值为3227,求实数a 的值; (2)在第(1)问的前提下,求1()f x dx ⎰的值.【课后反思】3.6定积分与微积分基本定理 参考答案题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案122DC2BCCD上本作业:解:(1)32()44f x ax ax ax =-+则2()384(32)(2)f x ax ax a a x x '=-+=--令()0f x '=,则2,23x x ==或, 由于()f x 的极大值为3227,而(2)0f =故232()327f =,所以1a =.(2)32()44f x x x x =-+11324321000141411()(44)(2)|2434312f x dx x x x dx x x x =-+=-+=-+=⎰⎰。
数学分析高等数学微积分基本定理及公式微积分的基本定理是微积分学中最基础、最重要的定理之一,可以说是微积分的核心。
该定理由牛顿、莱布尼茨以及斯托克斯等人独立发现,奠定了微积分学的基础。
微积分的基本定理可以分为两个部分:微积分基本定理第一部分,也称为牛顿—莱布尼茨公式,描述了积分和导数之间的关系;微积分基本定理第二部分,也称为斯托克斯公式,描述了曲线积分和曲面积分之间的关系。
下面将对这两个部分进行详细介绍。
微积分基本定理第一部分,牛顿—莱布尼茨公式,可以简洁地表示为:∫[a,b] f(x)dx = F(b) - F(a)其中,f(x)为连续函数,F(x)为其原函数,[a,b]代表积分区间。
该公式说明了连续函数的不定积分可以通过求原函数在积分区间端点处取值之差来计算。
这个公式也可以用来计算定积分,即通过求被积函数的原函数在积分区间端点处的值之差来计算定积分的值。
微积分基本定理第二部分,斯托克斯公式,可以简洁地表示为:∫∫(S) ∇ × F · ds = ∫(C) F · dr其中,∇ × F为矢量场F的旋度,S为曲面,C为曲线,ds为曲面元素,dr为曲线元素。
该公式说明了矢量场的曲面积分可以通过计算该矢量场的旋度沿曲线的环路积分来求得。
这个公式还可以推广到高维空间中的曲面和曲线。
值得注意的是,微积分基本定理的条件之一是函数的连续性。
如果函数在积分区间内存在间断点,那么微积分基本定理并不成立,必须通过其他方法来计算积分值。
总之,微积分基本定理是微积分学中的核心定理,它将微分学和积分学相统一,为计算和应用微积分提供了有力的工具。
通过这个定理,我们可以方便地计算积分,并且利用其在各种实际问题中解决数学和物理问题。
第十三节 定积分与微积分基本定理积分的运算及应用(1)了解定积分的实际背景,了解定积分的基本思想,了解定积分的概念. (2)了解微积分基本定理的含义.知识点一 定积分 1.定积分的性质(1)⎠⎛a bkf (x )d x =k⎠⎛a bf (x )d x (k 为常数).(2)⎠⎛a b [f (x )±g (x )]d x =⎠⎛a b f (x )d x ±⎠⎛a bg (x )d x .(3)⎠⎛a bf (x )d x =⎠⎛a cf (x )d x +⎠⎛c bf (x )d x (其中a <c <b ). 2.定积分的几何意义(1)当函数f (x )在区间[a ,b ]上恒为正时,定积分⎠⎛a bf (x )d x 的几何意义是由直线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(图(1)中阴影部分).(2)一般情况下,定积分⎠⎛a bf (x )d x 的几何意义是介于x 轴、曲线f (x )以及直线x =a 、x =b 之间的曲边梯形面积的代数和(图(2)中阴影所示),其中在x 轴上方的面积等于该区间上的积分值,在x 轴下方的面积等于该区间上积分值的相反数.易误提醒 (1)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. (2)定积分式子中隐含的条件是积分上限大于积分下限.(3)定积分的几何意义是曲边梯形的面积,但要注意:面积非负,而定积分的结果可以为负.[自测练习]1.设f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2 (x ≥0),2x (x <0),则⎠⎛1-1f (x )d x 的值是( ) A.⎠⎛1-1x 2d x B.⎠⎛1-12xd x C.⎠⎛0-1x 2d x +⎠⎛102x d x D.⎠⎛0-12x d x +⎠⎛10x 2d x解析:由分段函数的定义及积分运算性质,∴⎠⎛1-1f (x )d x =⎠⎛0-12xd x +⎠⎛10x 2d x . 答案:D2.已知f (x )是偶函数,且⎠⎛06f (x )d x =8,则⎠⎛6-6f (x )d x =( ) A .0 B .4 C .6D .16解析:因为函数f (x )是偶函数,所以函数f (x )在y 轴两侧的图象对称,所以⎠⎛6-6f (x )d x =⎠⎛0-6f (x )d x +⎠⎛06f (x )d x =2⎠⎛06f (x )d x =16.答案:D知识点二 微积分基本定理如果f (x )是区间[a ,b ]上的连续函数,并且F ′(x )=f (x ).那么⎠⎛a bf (x )d x =F (b )-F (a ).这个结论叫作微积分基本定理,又叫作牛顿—莱布尼兹公式.为了方便,常把F (b )-F (a )记成F (x )| b a ,即⎠⎛a bf (x )d x =F (x )| b a =F (b )-F (a ).必备方法 运用微积分基本定理求定积分的方法: (1)对被积函数要先化简,再求积分.(2)求被积函数为分段函数的定积分,依据定积分“对区间的可加性”,分段积分再求和. (3)对于含有绝对值符号的被积函数,要先去掉绝对值号再求积分. (4)注意用“F ′(x )=f (x )”检验积分的对错.[自测练习]3.设a =⎠⎛01x -13d x ,b =1-⎠⎛01x 12d x ,c =⎠⎛01x 3d x ,则a ,b ,c 的大小关系为( )A .a >b >cB .b >a >cC .a >c >bD .b >c >a解析:a =⎠⎛01x -13d x =32x 23| 10=32, b =1-⎠⎛01x 12d x =1-23x 32| 10=13, c =⎠⎛01x 3d x =14x 4| 10=14,因此a >b >c ,故选A. 答案:A4.由曲线y =x 2,y =x 3围成的封闭图形的面积为( ) A.112 B.14 C.13D.712解析:由⎩⎪⎨⎪⎧ y =x 2,y =x 3得⎩⎪⎨⎪⎧ x =0,y =0或⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =1.结合图形知(图略)所求封闭图形的面积为⎠⎛01(x 2-x 3)d x =⎝⎛⎭⎫13x 3-14x 4| 10=112,故选A. 答案:A考点一 定积分的计算|1.定积分⎠⎛039-x 2d x 的值为( ) A .9π B .3π C.94π D.92π 解析:由定积分的几何意义知,⎠⎛039-x 2d x 是由曲线y =9-x 2,直线x =0,x =3,y =0围成的封闭图形的面积,故⎠⎛039-x 2d x =π·324=9π4,故选C.答案:C2.(2016·临沂模拟)若∫π20(sin x +a cos x )d x =2,则实数a 等于( ) A .-1 B .1 C. 3D .- 3解析:∵(a sin x -cos x )′=sin x +a cos x . ∴∫π20(sin x +a cos x )d x =(a sin x -cos x )⎪⎪π20 =⎝⎛⎭⎫a sin π2-cos π2-(a sin 0-cos 0)=a +1=2. ∴a =1. 答案:B3.(2015·西安模拟)已知A =⎠⎛03|x 2-1|d x ,则A =________.解析:A =⎠⎛03|x 2-1|d x =⎠⎛01(1-x 2)d x +⎠⎛13(x 2-1)d x =⎝⎛⎭⎫x -13x 3| 10+⎝⎛⎭⎫13x 3-x | 31=223. 答案:223定积分计算的三种方法定义法、几何意义法和微积分基本定理法,其中利用微积分基本定理是最常用的方法,若被积函数有明显的几何意义,则考虑用几何意义法,定义法太麻烦,一般不用.考点二 利用定积分求平面图形的面积|设抛物线C :y =x 2与直线l :y =1围成的封闭图形为P ,则图形P 的面积S 等于( )A .1 B.13 C.23D.43[解析] 由⎩⎪⎨⎪⎧y =x 2,y =1,得x =±1.如图,由对称性可知,S =2()1×1-⎠⎛01x 2d x =2⎝⎛⎭⎫1×1-13x 3| 10=43,选D.[答案] D利用定积分求平面图形面积的三个步骤(1)画图象:在直角坐标系内画出大致图象.(2)确定积分上、下限:借助图象的直观性求出交点坐标,确定积分上限和下限. (3)用牛顿-莱布尼茨公式求面积:将曲边多边形的面积表示成若干定积分的和,计算定积分,写出结果.1.(2015·衡中三模)由曲线y =2-x 2,直线y =x 及x 轴所围成的封闭图形(图中的阴影部分)的面积是________.解析:把阴影部分分成两部分求面积. S =S 1+S 2=⎠⎛0-2(2-x 2)d x +⎠⎛01(2-x 2-x )d x=⎝⎛⎭⎫2x -x 33| 0-2+⎝⎛⎭⎫2x -x 33-x 22| 10 =22-(2)33+2-13-12=423+76. 答案:423+76考点三 定积分物理意义的应用|一物体做变速直线运动,其v -t 曲线如图所示,则该物体在12s ~6 s 间的运动路程为________.[解析] 由图象可知,v (t )=⎩⎪⎨⎪⎧2t ,0≤t <1,2,1≤t <3,13t +1,3≤t ≤6,所以12s ~6 s 间的运动路程s =⎠⎜⎛126 v (t )= ⎠⎜⎛1262t d t +⎠⎛132d t +⎠⎛36⎝⎛⎭⎫13t +1d t=36111322149264t t t ⎛⎫+++=⎪⎝⎭. [答案]494利用定积分解决变速直线运动问题和变力做功问题时,关键是求出物体做变速直线运动的速度函数和变力与位移之间的函数关系,确定好积分区间,得到积分表达式,再利用微积分基本定理计算即得所求.2.一物体在力F (x )=⎩⎪⎨⎪⎧10,(0≤x ≤2),3x +4,(x >2),(单位:N)的作用下沿与力F (x )相同的方向运动了4米,力F (x )做功为( )A .44 JB .46 JC .48 JD .50 J解析:力F (x )做功为⎠⎛0210d x +⎠⎛24(3x +4)d x=10x | 20+⎝⎛⎭⎫32x 2+4x | 42 =20+26=46. 答案:B5.混淆图形面积与定积分关系致误【典例】 已知函数y =f (x )的图象是折线段ABC ,其中A (0,0),B ⎝⎛⎭⎫12,5,C (1,0).函数y =xf (x )(0≤x ≤1)的图象与x 轴围成的图形的面积为________.[解析] 由题意可得f (x )=⎩⎨⎧10x ,0≤x ≤12,10-10x ,12<x ≤1,所以y =xf (x )=⎩⎨⎧10x 2,0≤x ≤12,10x -10x 2,12<x ≤1与x 轴围成图形的面积为120⎰10x 2d x +112⎰(10x -10x 2)d x =103x 3112012231053x x ⎛⎫+ ⎪⎝⎭=54. [答案] 54[易误点评] (1)本题易写错图形面积与定积分间的关系而导致解题错误.(2)本题易弄错积分上、下限而导致解题错误,实质是解析几何的相关知识和运算能力不够致错.[防范措施] 解决利用定积分求平面图形的面积问题时,应处理好以下两个问题: (1)熟悉常见曲线,能够正确作出图形,求出曲线交点,必要时能正确分割图形.(2)准确确定被积函数和积分变量.[跟踪练习] (2015·洛阳期末)函数f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x +1,-1≤x <0e x ,0≤x ≤1的图象与直线x =1及x 轴所围成的封闭图形的面积为________.解析:由题意知,所求面积为⎠⎛0-1(x +1)d x +⎠⎛01e x d x =⎝⎛⎭⎫12x 2+x | 0-1+e x | 10=-⎝⎛⎭⎫12-1+(e -1)=e -12.答案:e -12A 组 考点能力演练1.已知t >0,若⎠⎛0t(2x -2)d x =8,则t =( ) A .1 B .-2 C .-2或4D .4解析:由⎠⎛0t(2x -2)d x =8得(x 2-2x )| t0=t 2-2t =8,解得t =4或t =-2(舍去),故选D.答案:D2.(2015·青岛模拟)设f (x )=⎩⎪⎨⎪⎧x 2,x ∈[0,1],1x ,x ∈(1,e](其中e 为自然对数的底数),则⎠⎛0ef (x )d x的值为( )A.43 B.54 C.65D.76解析:⎠⎛0ef (x )d x =⎠⎛01f (x )d x +⎠⎛1ef (x )d x =⎠⎛01x 2d x +⎠⎛1e1x d x =x 33| 10+ln x | e1=13+ln e =43,故选A.答案:A3.(2016·武汉模拟)设a =⎠⎛12(3x 2-2x )d x ,则⎝⎛⎭⎫ax 2-1x 6的展开式中的第4项为( ) A .-1 280x 3 B .-1 280 C .240D .-240解析:本题考查定积分的计算与二项式定理.依题意得a =(x 3-x 2)| 21=4,二项式⎝⎛⎭⎫4x 2-1x 6的展开式的第四项是T 4=C 36·(4x 2)3·⎝⎛⎭⎫-1x 3=-1 280x 3,故选A. 答案:A4.如图所示,设D 是图中边长分别为1和2的矩形区域,E 是D 内位于函数y =1x(x >0)图象下方的区域(阴影部分),从D 内随机取一点M ,则点M 取自E 内的概率为( )A.ln 22B.1-ln 22C.1+ln 22D.2-ln 22解析:本题考查定积分的计算与几何概率的意义.依题意,题中的矩形区域的面积是1×2=2,题中的阴影区域的面积等于2×12+eq \a\vs4\al(\i\in(1xd x =1+ln x eq \b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\o\al(1,=1+ln 2,因此所求的概率等于1+ln 22,故选C. 答案:C5.已知数列{a n }是等差数列,且a 2 013+a 2 015=⎠⎛024-x 2d x ,则a 2 014(a 2 012+2a 2 014+a 2016)的值为()A .π2B .2πC .πD .4π2解析:⎠⎛024-x 2d x 表示圆x 2+y 2=4在第一象限的面积,即⎠⎛024-x 2d x =π,又数列{a n }是等差数列,所以a 2 013+a 2 015=a 2 012+a 2 016=2a 2 014,所以得a 2 014·(a 2 012+2a 2 014+a 2 016)=π2×2π=π2,故选A.答案:A6.(2015·南昌模拟)直线y =13x 与抛物线y =x -x 2所围图形的面积等于________.解析:由⎩⎪⎨⎪⎧y =13x ,y =x -x 2,解得x =0或23,所以所求面积为∫230⎝⎛⎭⎫x -x 2-13x d x =∫230⎝⎛⎭⎫23x -x 2d x=⎝⎛⎭⎫13x 2-13x 3⎪⎪230=13×⎝⎛⎭⎫232-13×⎝⎛⎭⎫233-0=481. 答案:4817.(2015·长春二模)已知a >0且曲线y =x 、x =a 与y =0所围成的封闭区域的面积为a 2,则a =________.解析:由题意a 2=⎠⎛0ax d x =23x 32| a 0,所以a =49.答案:498.已知a ∈⎣⎡⎦⎤0,π2,则⎠⎛0a (cos x -sin x )d x 取最大值时,a =________.解析:⎠⎛0a(cos x -sin x )d x =(sin x +cos x )| a 0=sin a +cos a -1=2sin ⎝⎛⎭⎫a +π4-1.∵a ∈⎣⎡⎦⎤0,π2,∴当a =π4时,[]⎠⎛0a(cos x -sin x )d x max =2-1.答案:π49.求曲线y =x ,y =2-x ,y =-13x 所围成图形的面积.解:如图,由⎩⎪⎨⎪⎧y =x ,y =2-x ,得交点A (1,1);由⎩⎪⎨⎪⎧y =2-x ,y =-13x ,得交点B (3,-1).故所求面积S =⎠⎛01⎝⎛⎭⎫x +13x d x +⎠⎛13⎝⎛⎭⎫2-x +13x d x =⎝⎛⎭⎫23x 32+16x 2| 10+⎝⎛⎭⎫2x -13x 2| 31=23+16+43=136. 10.汽车以54 km /h 的速度行驶,到某处需要减速停车,设汽车以等加速度-3 m/s 2刹车,问从开始刹车到停车,汽车走了多远?解:由题意,得v 0=54 km /h =15 m/s. 所以v (t )=v 0+at =15-3t . 令v (t )=0,得15-3t =0.解得t =5.所以开始刹车5 s 后,汽车停车. 所以汽车由刹车到停车所行驶的路程为 s =⎠⎛05v (t )d t =⎠⎛05(15-3t )d t =⎝⎛⎭⎫15t -32t 2| 50=37.5(m). 故汽车走了37.5 m.B 组 高考题型专练1.(2014·高考陕西卷)定积分⎠⎛01(2x +e x )d x 的值为( )A .e +2B .e +1C .eD .e -1解析:⎠⎛01(2x +e x )d x =(x 2+e x )| 10=1+e 1-1=e.答案:C2.(2014·高考江西卷)若f (x )=x 2+2⎠⎛01f (x )d x ,则⎠⎛01f (x )d x =( )A .-1B .-13C.13D .1解析:令⎠⎛01f (x )d x =m ,则f (x )=x 2+2m ,所以⎠⎛01f (x )d x =⎠⎛01(x 2+2m )d x =⎝⎛⎭⎫13x 3+2mx | 10=13+2m =m ,解得m =-13,故选B. 答案:B3.(2013·高考湖北卷)一辆汽车在高速公路上行驶,由于遇到紧急情况而刹车,以速度v (t )=7-3t +251+t(t 的单位:s ,v 的单位:m/s)行驶至停止.在此期间汽车继续行驶的距离(单位:m)是( )A .1+25ln 5B .8+25ln113C .4+25ln 5D .4+50ln 2解析:由v (t )=0得t =4.故刹车距离为 s =⎠⎛04v (t )d t =⎠⎛04⎝ ⎛⎭⎪⎫7-3t +251+t d t=⎣⎡⎦⎤-32t 2+7t +25ln (1+t )| 40=4+25ln 5.答案:C4.(2014·高考山东卷)直线y =4x 与曲线y =x 3在第一象限内围成的封闭图形的面积为( )A .2 2B .4 2C .2D .4解析:由⎩⎪⎨⎪⎧y =4x ,y =x 3得x =0或x =2或x =-2(舍). ∴S =⎠⎛02(4x -x 3)d x =⎝⎛⎭⎫2x 2-14x 4| 20=4. 答案:D5.(2015·高考天津卷)曲线y =x 2与直线y =x 所围成的封闭图形的面积为________. 解析:由题意,可得封闭图形的面积为⎠⎛01(x -x 2)d x =⎝⎛⎭⎫12x 2-13x 3| 10=12-13=16. 答案:166.(2015·高考陕西卷)如图,一横截面为等腰梯形的水渠,因泥沙沉积,导致水渠截面边界呈抛物线型(图中虚线所示),则原始的最大流量与当前最大流量的比值为________.解析:建立如图所示的直角坐标系,可设抛物线的方程为x 2=2py (p >0),由图易知(5,2)在抛物线上,可得p =254,抛物线方程为x 2=252y ,所以当前最大流量对应的截面面积为2⎠⎛05⎝⎛⎭⎫2-225x 2d x =403,原始的最大流量对应的截面面积为2×(6+10)2=16,所以原始的最大流量与当前最大流量的比值为16403=1.2. 答案:1.2。
数学中的微积分基础知识微积分是数学中非常重要的一个分支,它的应用范围非常广泛,从经济学到自然科学等领域都有应用。
微积分有着深厚的理论基础和实践应用,它不仅能够帮助我们理解事物的本质和规律,还能够为我们提供解决实际问题的有力工具。
本文将对微积分的基础知识进行一定的讲解,帮助读者理解微积分的基本概念和原理。
微积分的起源可以追溯到古希腊时期的求面积问题,如求圆形的面积、三角形的面积等。
在欧洲文艺复兴时期,人们开始将微积分的思想应用于自然科学领域,如物理学、天文学等,从而推动了科学研究的进程。
现在,微积分已经成为当代数学和应用数学的基本组成部分。
微积分的基本概念可以概括为两个方面:导数和积分。
导数是微积分中最重要的内容之一,它是描述函数在某一点的变化率的概念。
导数的定义可以用极限来表达,即函数在某一点的导数等于该点处函数的斜率,也就是函数在该点处的切线的斜率。
假设函数$f(x)$在某一点$x_0$处可导,则$f(x)$在$x_0$处的导数可以表示为:$$f'(x_0)=\lim_{h\to0}\frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}$$其中,$h$是$x-x_0$的差,也就是函数$f(x)$自变量的微小增量。
函数$f(x)$的导数可以用$f'(x)$或者$\frac{df}{dx}$来表示。
导数的物理意义通常是速度或加速度,而在经济学中常常表示边际效应。
导数还可以用于求解极值问题、曲线的图像等方面。
积分是微积分中的另一个重要部分,它是求解曲线下面积以及计算曲线长度、体积等问题的主要工具。
积分的一个重要特点是它是求导的逆运算。
如果函数$f(x)$是可导的,那么它的导函数$f'(x)$就是$f(x)$在每一个点的局部变化率。
而对于给定的函数$f(x)$,我们可以通过积分来还原出它的原函数。
积分的定义可以通过求极限来实现,具体来说,就是将曲线分割成无数微小的小块,并计算出每一小块的面积,然后将这些面积累加起来,就可以得到曲线下面积的近似值。