《定积分在几何中的应用》
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782020年第 5 期中定积分在几何中的应用杨姜维一、平面图形的面积(一)以为积分变量的情形1.在直角坐标中,设曲线()与直线及轴所围成的平面图形面积为,则面积元素,面积。
例1:求曲线与直线及轴所围成的平面图形的面积。
解:如图1,面积元素,图形面积=2.设曲线与直线及轴所围成的图形面积为,则面积元素,面积。
3.设由,所围成的平面图形的面积:函数由大减小(上减下),积分从左到右;那么,第一种情况里面的面积公式,也可以看作是,轴即直线。
例2:求直线与抛物线所围成的平面图形的面积。
解:由图2分析可知,交点面积元素,图形面积4.任意由所围成的平面图形(图3)的面积。
例3:求抛物线,与轴及直线在第一象限所围成的平面图形的面积。
解:如图4,由交点面积+(二)以为积分变量的情形1.由曲线、直线及轴围成的平面图形面积:。
2.由曲线、直线及轴围成的平面图形面积:。
3.由曲线直线及轴围成的平面图形面积:若,。
可看作是函数由大减小(右减左),积分从下到上。
例4:计算抛物线与直线所围成的图形的面积。
定积分在几何中的应用,主要体现在求解平面图形的面积和旋转体的体积等,文中主要介绍了求解平面图形面积的几种情形,即分别以为积分变量来讨论;求旋转体体积的两种情况,即曲线分别围绕轴和轴旋转一周所得的立体体积。
JIAO HAI TAN HANG/教海探航解:如图5,由交点为方便计算,选取为积分变量,则有4.任意由曲线直线及轴围成的平面图形面积:。
二、旋转体的体积一个平面图形围绕其所在平面上的一条直线旋转一周而成的立体即为旋转体,常见的旋转体有圆柱体、圆锥、圆台、球体等,这些都有对应的体积公式,面对日常生活中所用到的水杯、花瓶等立体物件,求解体积时可考虑以下情况:(一)曲线绕轴旋转的情形由连续曲线与直线及轴所围成的曲边梯形绕轴旋转一周而成的立体,选为积分变量,该旋转体的体积元素,体积为。
(二)曲线绕轴旋转的情形由曲线、直线及轴围成的平面图形绕轴旋转一周所得的立体,选为积分变量,该旋转体的体积元素,体积为。