面积与定积分
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找一个函数来描述要求解的曲面一侧的高度,然后描述无穷小单元的面积。
其实,不管是什么样的坐标,思路都是一样的。
事实上,最原始的方法可以用方格子图纸来计算面积。
用定积分计算平面图形的面积、旋转体的体积和平面曲线的弧长。
Mbth是一种积分,它是函数f(X)在区间[a,b]上的积分和的极限。
这里要注意定积分和不定积分的关系:如果有定积分,就是一个具体的数值,而不定积分是一个函数表达式,只有一个数学计算关系(牛顿-莱布尼兹公式)。
定积分定义:设函数f(X)在区间[a,b]上连续,将区间[a,b]分成n个子区间[x0,x1],(x1,x2],(x2,x3],…。
,(xn-1,xn],其中x0=a,xn=b。
可以知道,每个区间的长度依次为x1=x1-x0,并且每个子区间(xi-1,xi]中的任意点ξi(1,2,…,n)被用作求和公式。
这个求和公式称为积分和。
设λ=max{x1,x2,…,xn}(即,λ是最大间隔长度)。
如果当λ→为0时存在积分和极限,则这个极限称为函数f(X)在区间[a,b]上的定积分,记为,函数f(X)在区间[1]内,其中:a称为积分下限,b称为积分上限,区间[a,b]称为积分区间,函数f(X)称为被积函数,x称为积分变量,f(X)dx称为被积函数表达式,∫称为整数。
之所以叫定积分,是因为积分后得到的值是定的,是常数,不是函数。
根据上述定义,如果函数f(X)可以在区间[a,b]内积分,则存在n等分的特殊除法:特别地,根据上述表达式,当区间[a,b]恰好是区间[0,1]时,区间[0,1]的积分表达式如下:1.当a=b时,2.当a>b时,3.在整数前可以提到常量。
4.代数和的积分等于积分的代数和。
5.定积分的可加性:如果将积分区间[a,b]分成两个子区间[a,c]和[c,b],则有由于性质2,如果f(X)在区间d上可积,则区间d(可能不在区间[a,b]上)中的任何c都满足条件。
6.如果f(X)在区间[a,b]内≥0。
定积分求面积体积的推导公式定积分这个东西啊,在数学里可真是个厉害的角色!特别是在求面积和体积的时候,那作用可大了。
咱们先来说说定积分求面积的推导公式。
想象一下,有一块不规则的土地,咱们想知道它的面积,可这形状弯弯扭扭的,咋整?这时候定积分就派上用场啦!比如说,有一条曲线 y = f(x) ,它在 x 轴上方,咱们要找从 a 到 b 这段区间里,曲线和 x 轴围成的面积。
咱们把这个区间分成很多很小很小的小段,每一小段的宽度用Δx 表示。
那在每一小段上,咱们可以近似地把这一小部分看成一个矩形。
这个矩形的高度就是 f(x) 在这一点的值,宽度就是Δx 。
然后呢,把这些小矩形的面积都加起来,就越来越接近真正的面积啦。
当Δx 变得越来越小,一直小到趋近于 0 的时候,这些小矩形面积的和就变成了定积分。
我给您举个例子啊,就说咱们有个函数 y = x^2 ,要算从 0 到 2 这段和 x 轴围成的面积。
咱们先把区间 [0, 2] 分成 n 个小段,每个小段的宽度就是 2 / n 。
那第 i 个小段的横坐标就是 2i / n 。
这一小段的面积近似为 (2i / n)^2 × (2 / n) 。
把所有小段的面积加起来,得到一个式子:S ≈ ∑[(2i / n)^2 × (2 / n)] (i 从 1 到 n)然后对这个式子进行化简,当 n 趋向于无穷大的时候,就得到了定积分:∫(0 到 2) x^2 dx = [x^3 / 3] |(0 到 2) = 8 / 3您看,通过这样一步步的推导,就能算出这个不规则图形的面积啦!再来说说定积分求体积。
体积的推导和面积有点类似,但又有一些小差别。
假设咱们有一个旋转体,就像一个花瓶,是由曲线 y = f(x) 绕着 x轴旋转得到的。
咱们还是把 x 轴上的区间 [a, b] 分成很多小段。
在每一小段上,把曲线绕 x 轴旋转一圈,就得到了一个很薄的圆盘。
这个圆盘的体积可以近似看作一个圆柱体的体积,圆柱体的底面半径就是f(x) ,高度就是Δx 。
定积分面积
定积分可以用来求面积,但定积分不等于面积,因为定积分可以是负数但面积是正的,因此,当所求积分的曲线跨越x轴时,需分段(分大于零和小于零)分别计算,然后正的积分加上负的积分的绝对值,就等于面积。
面积是表示平面中二维图形或形状或平面层的程度的数量。
表面积是三维物体的二维表面上的模拟物。
面积可以理解为具有给定厚度的材料的量,面积是形成形状的模型所必需的。
一个函数,可以存在不定积分,而不存在定积分;也可以存在定积分,而不存在不定积分。
一个连续函数,一定存在定积分和不定积分;若只有有限个间断点,则定积分存在;若有跳跃间断点,则原函数一定不存在,即不定积分一定不存在。
定积分求面积
将不规则图形的的边界线用曲线方程表示出来,定积分的上下限就是曲线的端点.用上边界曲线的定积分减去下边界曲线的定积分就是面积!
平面图形的面积有两点需要注意,一个是选择用极坐标计算面积还是选择用极坐标系计算面积,一个是在计算面积是应该注意正负,定积分是有正负的,但是面积都是正的,在理解了定积分的含义之后,要明白计算面积时要加绝对值,或者在负的定积分前加负号,保证计算出来的面积是正的。
今天定积分的几何应用分为两个部分,平面图形的面积和曲边扇形面积,前者是直角坐标系下的,后者是极坐标系下的,所以考专升本的小伙伴们只需要学会前者就可以,考研的小伙伴们两个都要很熟练。
其实,秘诀就是两个字——画图,把图画出来,根据定积分的求面积公式就可以了,注意交点,注意范围,注意被积函数。
今天其实就6道例题,但是我写了很久,因为……图太难画了,图像很简单,但是涂色有点麻烦,想了许久,终于成功得涂成了灰灰的样子,哈哈哈哈~~~相当于又复习了一遍原先学的软件,果然,还是熟能生巧(其实完全可以保存好了之后用画图软件打开,直接填充颜色就可以,但是为了彰显我这个小白的软件技术⁄(⁄ ⁄•⁄ω⁄•⁄ ⁄)⁄~~哈哈哈哈~)预告一下明天的内容,明天有出题率很高的旋转体体积,还有考研数学一和数学二要学会的求弧长以及旋转体的侧面积或表
面积。
定积分为什么表示面积
作者:吴磊
导数和极限其实很容易混淆,真的搞清楚的不多,更多的人是脑子里一片混乱,比如什么是Δy,什么是Δx,什么又是dy,什么是dx,Δy,Δx和dx,dy究竟是什么关系?为什么定积分可以表示面积呢?谢谢各位红包打赏,本人决定无偿贡献出来,帮助大家释疑答惑。
一、无限可分思想:
注:
书上一般都讲过无限可分思想,我想提请大家注意,例子中函数是f(x),无限可
分只能说明在积分条件下被积函数为f(x)的定积分表示面积,而不能说明在积分条件下被积函数为也表示面积,而定积分的被积函数都是
(2)、定积分为什么可以表示面积
:
注:上式成立的基础是极限值既然等于导数,那二者之间毕竟只相差一个无穷小量,所以Δx趋近于0,a极限值为0.
Δy由两部分组成,通过图来观察一下几何意义:
a趋近于0时,dy趋近于Δy至此,我们可以得到
因为到这一步就完成了转化,所以
,而表示
无限小图形的面积,所以定积分就是面积。
例谈利用定积分求解平面图形的面积定积分是一种强大的数学工具,可以用于计算曲线、曲面和复杂图形的面积,但也可以用于计算平面图形的面积,这里以计算平面图形面积为例,探讨利用定积分来求解平面图形的面积。
先来阐述定积分的概念,定积分指的是求解某一函数的积分,它的计算方法要求曲线的一侧被划分为多个区域,而该函数的值则是这些小区域的函数值之和,并最终求解函数的定积分。
定积分可以用于计算曲线及曲面的面积,也可以应用于计算复杂图形的面积,但它同样可以用于求解平面图形的面积。
回到本文的要点:如何使用定积分来求解平面图形的面积。
首先需要将平面图形划分为若干小区域,并计算每个小区域的定积分,然后求这些小区域的定积分之和,从而得到图形的总面积。
以三角形为例,令其由点${mathbf{P_1}}(x_1,y_1)$, ${mathbf{P_2}}(x_2,y_2)$,${ mathbf{P_3}}(x_3,y_3)$确定。
根据三角不等式:$S=frac{1}{2}|x_2y_3-x_3y_2+x_3y_1-x_1y_3+x_1y_2-x_2y_1| $可求出简单三角形的面积,但是,如果三角形有更复杂的形状,则可以将它划分为多个小三角形,然后使用定积分技术,将每个小三角形的面积乘以其定积分值,最终求出该图形的总面积。
同样,多边形也可以采用上述方法求解。
首先,多边形要被划分为多边形,然后将每个小三角形的面积乘以其定积分值,最终求出该图形的总面积。
除了三角形和多边形,定积分还可以用于计算椭圆的面积。
椭圆的面积计算公式为:$S=pi ab$其中,a和b分别是椭圆的长轴和短轴。
而定积分求椭圆的面积则采用分段法,即将椭圆划分成半径为r的多个小园,然后将每个小园的面积乘以它们的定积分,最终求出椭圆的总面积。
本文探讨了用定积分求解平面图形的面积的方法,定积分主要应用于将复杂的图形划分为若干小区域,然后求这些小区域的定积分之和来计算图形的总面积。
定积分的应用计算面积和体积定积分是微积分中的一个重要概念,它在数学和物理学等领域中有着广泛的应用。
其中,一项常见的应用就是用定积分来计算图形的面积和物体的体积。
本文将从定积分的基本概念入手,介绍如何利用定积分来计算面积和体积。
一、定积分的基本概念定积分是积分学中的一种,它可以将函数与坐标轴之间的面积联系起来。
对于一个函数f(x),我们可以通过定积分来计算其在某个区间[a, b]上的面积。
定积分的公式如下:∫[a,b]f(x)dx其中,∫表示积分符号,a和b是积分的下界和上界,f(x)是被积函数,dx表示积分变量。
二、使用定积分计算面积使用定积分计算面积时,我们需要确定被积函数和积分区间。
一般来说,面积可以通过将函数所在的曲线图形与坐标轴所夹的区域进行分割,将其近似看作多个矩形或梯形,再对这些矩形或梯形的面积进行求和来逼近真实的面积。
例如,我们要计算函数y = f(x)在区间[a, b]上的面积,可以先将该区间分割成n个小区间,每个小区间的长度为Δx。
然后,在每个小区间上选择一个点(xi, yi),用这些点构成的矩形或梯形的面积之和来近似曲线与坐标轴之间的面积。
将小区间个数无限增加,使Δx趋近于0,此时逼近的面积将趋向于真实的面积,即可利用定积分公式求得准确的面积值。
三、使用定积分计算体积定积分在计算物体的体积时同样具有重要的作用。
当一个平面图形绕某条直线旋转一周,形成一个立体图形时,我们可以使用定积分来计算该立体图形的体积。
对于一个平面图形,假设其边界可以由函数y = f(x)和y = g(x)所描述,其中f(x)表示上曲线,g(x)表示下曲线。
图形绕x轴旋转一周后,所形成的立体体积可以通过定积分进行计算。
首先,我们将x轴上的区间[a, b]进行分割,并在每个小区间上选择一个点(xi, yi)。
然后,计算曲线与x轴所形成的圆柱的体积,并对所有小区间的体积求和,即可逼近真实的体积。
当小区间数量趋近于无穷大时,利用定积分公式可以得到准确的体积值。