školarac

Pronađite područje obilježja ograničeno linijama na mreži. Površina krivolinijskog trapeza numerički je jednaka određenom integralu. Završetak rješenja može izgledati ovako

U ovom članku ćete naučiti kako pronaći površinu figure ograničenu linijama koristeći integralne proračune. Prvi put se susrećemo sa formulisanjem ovakvog problema u srednjoj školi, kada je izučavanje pojedinih integrala tek završeno i vreme je da se pristupi geometrijskoj interpretaciji znanja stečenog u praksi.

Dakle, ono što je potrebno za uspješno rješavanje problema pronalaženja površine figure pomoću integrala:

Sposobnost pravilnog crtanja crteža;
Sposobnost rješavanja određenog integrala koristeći dobro poznatu Newton-Leibniz formulu;
Sposobnost da se "vidi" isplativije rješenje - tj. razumjeti kako će u ovom ili onom slučaju biti zgodnije izvršiti integraciju? Duž x-ose (OX) ili y-ose (OY)?
Pa, gdje bez tačnih proračuna?) Ovo uključuje razumijevanje kako riješiti tu drugu vrstu integrala i ispravne numeričke proračune.

Algoritam za rješavanje problema izračunavanja površine figure ograničene linijama:

1. Izrađujemo crtež. Preporučljivo je to učiniti na komadu papira u kavezu, u velikom obimu. Potpisujemo olovkom iznad svakog grafikona naziv ove funkcije. Potpisivanje grafikona je urađeno isključivo radi pogodnosti daljih proračuna. Nakon što dobijete graf željene brojke, u većini slučajeva će odmah biti jasno koje će se granice integracije koristiti. Tako problem rješavamo grafički. Međutim, dešava se da su vrijednosti granica razlomke ili iracionalne. Stoga možete napraviti dodatne proračune, idite na drugi korak.

2. Ako granice integracije nisu eksplicitno postavljene, tada nalazimo tačke presjeka grafova među sobom i vidimo da li se naše grafičko rješenje poklapa s analitičkim.

3. Zatim morate analizirati crtež. Ovisno o tome kako se grafovi funkcija nalaze, postoje različiti pristupi pronalaženju površine figure. Razmotrite različite primjere pronalaženja površine figure pomoću integrala.

3.1. Najklasičnija i najjednostavnija verzija problema je kada trebate pronaći područje krivolinijskog trapeza. Šta je krivolinijski trapez? Ovo je ravna figura omeđena x-osom (y=0), ravno x = a, x = b i bilo koja kriva kontinuirana na intervalu od a prije b. Istovremeno, ova brojka nije negativna i ne nalazi se niže od x-ose. U ovom slučaju, površina krivolinijskog trapeza numerički je jednaka definitivnom integralu izračunatom pomoću Newton-Leibnizove formule:

Primjer 1 y = x2 - 3x + 3, x = 1, x = 3, y = 0.

Koje linije određuju figuru? Imamo parabolu y = x2 - 3x + 3, koji se nalazi iznad ose OH, nije negativan, jer sve tačke ove parabole su pozitivne. Dalje, date prave linije x = 1 i x = 3 koji idu paralelno sa osom OU, su granične linije figure s lijeve i desne strane. Pa y = 0, ona je x-osa, koja ograničava figuru odozdo. Dobivena figura je zasjenjena, kao što se vidi na slici lijevo. U tom slučaju možete odmah početi rješavati problem. Pred nama je jednostavan primjer krivolinijskog trapeza, koji zatim rješavamo pomoću Newton-Leibnizove formule.

3.2. U prethodnom paragrafu 3.1 analiziran je slučaj kada se krivolinijski trapez nalazi iznad x-ose. Sada razmotrite slučaj kada su uslovi problema isti, osim što funkcija leži ispod x-ose. Standardnoj Newton-Leibnizovoj formuli dodaje se minus. Kako riješiti takav problem, razmotrit ćemo dalje.

Primjer 2 . Izračunajte površinu figure ograničene linijama y=x2+6x+2, x=-4, x=-1, y=0.

U ovom primjeru imamo parabolu y=x2+6x+2, koji nastaje ispod ose OH, ravno x=-4, x=-1, y=0. Evo y = 0 ograničava željenu figuru odozgo. Direktno x = -4 i x = -1 ovo su granice unutar kojih će se izračunati definitivni integral. Princip rješavanja problema pronalaženja površine figure gotovo se u potpunosti poklapa s primjerom broj 1. Jedina razlika je u tome što data funkcija nije pozitivna, a sve je također kontinuirano na intervalu [-4; -1] . Šta ne znači pozitivno? Kao što se vidi sa slike, figura koja se nalazi unutar datog x ima isključivo "negativne" koordinate, što je ono što trebamo vidjeti i zapamtiti prilikom rješavanja problema. Tražimo površinu figure koristeći Newton-Leibniz formulu, samo sa znakom minus na početku.

Članak nije dovršen.

Počinjemo razmatrati stvarni proces izračunavanja dvostrukog integrala i upoznati se s njegovim geometrijskim značenjem.

Dvostruki integral je numerički jednak površini ravne figure (područje integracije). Ovo je najjednostavniji oblik dvostrukog integrala, kada je funkcija dvije varijable jednaka jednoj: .

Hajde da prvo razmotrimo problem uopšteno. Sada ćete se iznenaditi koliko je to zaista jednostavno! Izračunajmo površinu ravne figure ograničene linijama. Radi određenosti, pretpostavljamo da je na intervalu . Površina ove figure je brojčano jednaka:

Oslikajmo područje na crtežu:

Odaberimo prvi način da zaobiđemo područje:

Na ovaj način:

I odmah važan tehnički trik: iterirani integrali se mogu razmatrati odvojeno. Prvo unutrašnji integral, pa vanjski integral. Ova metoda se jako preporučuje početnicima u temi čajnika.

1) Izračunati interni integral, dok se integracija vrši preko varijable "y":

Neodređeni integral je ovdje najjednostavniji, a zatim se koristi banalna Newton-Leibnizova formula, sa jedinom razlikom da granice integracije nisu brojevi, već funkcije. Prvo smo zamijenili gornju granicu u “y” (antiderivativna funkcija), a zatim donju granicu

2) Rezultat dobijen u prvom paragrafu mora se zamijeniti eksternim integralom:

Kompaktnija notacija za cijelo rješenje izgleda ovako:

Dobivena formula je upravo radna formula za izračunavanje površine ravne figure pomoću "običnog" određenog integrala! Vidi lekciju Izračunavanje površine pomoću određenog integrala, tu je na svakom koraku!

To je, problem izračunavanja površine pomoću dvostrukog integrala malo drugačije iz problema pronalaženja površine pomoću određenog integrala! U stvari, oni su jedno te isto!

Shodno tome, ne bi trebalo biti nikakvih poteškoća! Neću razmatrati mnogo primjera, jer ste se vi, zapravo, više puta susreli s ovim problemom.

Primjer 9

Rješenje: Oslikajmo područje na crtežu:

Odaberimo sljedeći redoslijed obilaska regije:

Ovdje i ispod, neću ulaziti u to kako preći područje jer je prvi paragraf bio vrlo detaljan.

Na ovaj način:

Kao što sam već napomenuo, za početnike je bolje da izračunaju iterirane integrale odvojeno, ja ću se pridržavati iste metode:

1) Prvo, koristeći Newton-Leibniz formulu, bavimo se unutrašnjim integralom:

2) Rezultat dobiven u prvom koraku zamjenjuje se vanjskim integralom:

Tačka 2 zapravo je pronalaženje površine ravne figure pomoću određenog integrala.

odgovor:

Evo tako glupog i naivnog zadatka.

Zanimljiv primjer za nezavisno rješenje:

Primjer 10

Koristeći dvostruki integral, izračunajte površinu ravne figure ograničene linijama , ,

Primjer konačnog rješenja na kraju lekcije.

U primjerima 9-10 mnogo je isplativije koristiti prvi način zaobilaženja područja; radoznali čitatelji, inače, mogu promijeniti redoslijed zaobilaženja i izračunati površine na drugi način. Ako ne pogriješite, tada se, naravno, dobivaju iste vrijednosti površine.

Ali u nekim slučajevima, drugi način da se zaobiđe područje je efikasniji, a na kraju kursa za mlade štrebere, pogledajmo još nekoliko primjera na ovu temu:

Primjer 11

Koristeći dvostruki integral, izračunajte površinu ravne figure ograničene linijama.

Rješenje: radujemo se dvije parabole s povjetarcem koje leže na njihovoj strani. Nema potrebe za osmijehom, često se susreću slične stvari u više integrala.

Kako je najlakše napraviti crtež?

Predstavimo parabolu kao dvije funkcije:
- gornja grana i - donja grana.

Slično, parabolu predstavljamo kao gornju i donju granu.

Površina figure se izračunava pomoću dvostrukog integrala prema formuli:

Šta će se dogoditi ako odaberemo prvi način da zaobiđemo područje? Prvo, ovo područje će se morati podijeliti na dva dijela. I drugo, posmatraćemo ovu tužnu sliku: . Integrali, naravno, nisu na superkompleksnom nivou, ali ... postoji stara matematička izreka: ko se sprijatelji s korijenima, nije mu potreban prijeboj.

Stoga, iz nesporazuma koji je dat u uslovu, izražavamo inverzne funkcije:

Inverzne funkcije u ovom primjeru imaju prednost što odmah postavljaju cijelu parabolu bez ikakvih listova, žira, grana i korijena.

Prema drugoj metodi, obilazak područja će biti sljedeći:

Na ovaj način:

Kako kažu, osjetite razliku.

1) Bavimo se unutrašnjim integralom:

Zamjenjujemo rezultat u vanjski integral:

Integracija preko varijable "y" ne bi trebala biti neugodna, da postoji slovo "zyu" - bilo bi sjajno integrirati preko njega. Mada ko je pročitao drugi pasus lekcije Kako izračunati zapreminu obrtnog tela, on više ne doživljava ni najmanju neugodnost sa integracijom preko "y".

Takođe obratite pažnju na prvi korak: integrand je paran, a segment integracije je simetričan oko nule. Dakle, segment se može prepoloviti, a rezultat se može udvostručiti. Ova tehnika je detaljno komentarisana u lekciji. Efikasne metode za izračunavanje određenog integrala.

Šta dodati…. Sve!

odgovor:

Da biste testirali svoju tehniku integracije, možete pokušati izračunati . Odgovor bi trebao biti potpuno isti.

Primjer 12

Koristeći dvostruki integral, izračunajte površinu ravne figure ograničene linijama

Ovo je "uradi sam" primjer. Zanimljivo je napomenuti da ako pokušate upotrijebiti prvi način da zaobiđete područje, tada figura više neće biti podijeljena na dva, već na tri dijela! I, shodno tome, dobijamo tri para iteriranih integrala. Ponekad se desi.

Majstorska klasa je privedena kraju i vrijeme je da pređemo na velemajstorski nivo - Kako izračunati dvostruki integral? Primjeri rješenja. Pokušaću da ne budem toliko maničan u drugom članku =)

Želim vam uspjeh!

Rješenja i odgovori:

Primjer 2:Rješenje: Nacrtajte područje na crtežu:

Odaberimo sljedeći redoslijed obilaska regije:

Na ovaj način:
Pređimo na inverzne funkcije:

Na ovaj način:
odgovor:

Primjer 4:Rješenje: Pređimo na direktne funkcije:

Izradimo crtež:

Promijenimo redoslijed obilaženja područja:

odgovor:

Redoslijed obilaska područja:

Na ovaj način:

1)
2)

odgovor:

U prethodnom dijelu, posvećenom analizi geometrijskog značenja određenog integrala, dobili smo niz formula za izračunavanje površine krivolinijskog trapeza:

S (G) = ∫ a b f (x) d x za kontinuiranu i nenegativnu funkciju y = f (x) na segmentu [ a ; b] ,

S (G) = - ∫ a b f (x) d x za kontinuiranu i nepozitivnu funkciju y = f (x) na segmentu [ a ; b] .

Ove formule su primjenjive za rješavanje relativno jednostavnih problema. U stvari, često moramo raditi sa složenijim oblicima. S tim u vezi, ovaj dio ćemo posvetiti analizi algoritama za izračunavanje površine figura, koje su ograničene funkcijama u eksplicitnom obliku, tj. kao y = f(x) ili x = g(y) .

Teorema

Neka su funkcije y = f 1 (x) i y = f 2 (x) definirane i kontinuirane na segmentu [ a ; b ] , i f 1 (x) ≤ f 2 (x) za bilo koju vrijednost x iz [ a ; b] . Tada će formula za izračunavanje površine figure G ograničene linijama x \u003d a, x \u003d b, y \u003d f 1 (x) i y = f 2 (x) izgledati kao S ( G) \u003d ∫ a b f 2 (x) - f 1 (x) d x .

Slična formula bit će primjenjiva za površinu figure ograničenu linijama y = c, y = d, x = g 1 (y) i x = g 2 (y): S (G) \u003d ∫ c d (g 2 (y) - g 1 (y) d y .

Dokaz

Analiziraćemo tri slučaja za koja će formula važiti.

U prvom slučaju, uzimajući u obzir svojstvo aditivnosti površine, zbir površina originalne figure G i krivolinijskog trapeza G 1 jednak je površini figure G 2 . To znači da

Dakle, 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 .

Posljednju tranziciju možemo izvesti koristeći treće svojstvo određenog integrala.

U drugom slučaju, jednakost je tačna: 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

Grafička ilustracija će izgledati ovako:

Ako obje funkcije nisu pozitivne, dobijamo: 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 . Grafička ilustracija će izgledati ovako:

Pređimo na razmatranje opšteg slučaja kada y = f 1 (x) i y = f 2 (x) sijeku osu O x .

Tačke presjeka ćemo označiti kao x i , i = 1 , 2 , . . . , n - 1 . Ove tačke lome segment [ a ; b ] na n dijelova x i - 1 ; x i , i = 1 , 2 , . . . , n , gdje je 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

shodno tome,

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

Možemo napraviti posljednji prijelaz koristeći peto svojstvo određenog integrala.

Ilustrujmo opšti slučaj na grafu.

Formula S (G) = ∫ a b f 2 (x) - f 1 (x) d x može se smatrati dokazanom.

A sada prijeđimo na analizu primjera izračunavanja površine figura koje su ograničene linijama y = f (x) i x = g (y) .

Uzimajući u obzir bilo koji od primjera, počet ćemo s konstrukcijom grafa. Slika će nam omogućiti da složene oblike predstavimo kao kombinacije jednostavnijih oblika. Ako imate problema s iscrtavanjem grafova i figura na njima, možete proučiti odjeljak o osnovnim elementarnim funkcijama, geometrijskoj transformaciji grafova funkcija, kao i crtanju prilikom ispitivanja funkcije.

Primjer 1

Potrebno je odrediti površinu figure, koja je ograničena parabolom y = - x 2 + 6 x - 5 i ravnim linijama y = - 1 3 x - 1 2, x \u003d 1, x \u003d 4.

Rješenje

Nacrtajmo linije na graf u Dekartovom koordinatnom sistemu.

Na intervalu [ 1 ; 4] grafik parabole y = - x 2 + 6 x - 5 nalazi se iznad prave linije y = - 1 3 x - 1 2 . U tom smislu, da bismo dobili odgovor, koristimo formulu dobijenu ranije, kao i metodu za izračunavanje određenog integrala pomoću Newton-Leibnizove formule:

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

Odgovor: S (G) = 13

Pogledajmo složeniji primjer.

Primjer 2

Potrebno je izračunati površinu figure koja je ograničena linijama y = x + 2 , y = x , x = 7 .

Rješenje

U ovom slučaju imamo samo jednu pravu liniju paralelnu sa x-osi. Ovo je x = 7. Ovo od nas zahtijeva da sami pronađemo drugu granicu integracije.

Napravimo graf i stavimo na njega linije date u uslovu zadatka.

Imajući graf pred očima, lako možemo odrediti da će donja granica integracije biti apscisa presječne točke grafa s pravom linijom y = x i poluparabolom y = x + 2. Da bismo pronašli apscisu, koristimo jednakosti:

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 D G x 2 = 1 - 9 2 = - 1 ∉ O D G

Ispada da je apscisa presječne tačke x = 2.

Skrećemo vam pažnju na činjenicu da se u opštem primeru na crtežu prave y = x + 2 , y = x seku u tački (2 ; 2) , pa se ovakvi detaljni proračuni mogu činiti suvišnim. Ovdje smo dali ovako detaljno rješenje samo zato što u složenijim slučajevima rješenje možda nije tako očigledno. To znači da je bolje uvijek analitički izračunati koordinate presjeka linija.

Na intervalu [ 2 ; 7] graf funkcije y = x nalazi se iznad grafika funkcije y = x + 2. Primijenite formulu za izračunavanje površine:

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

Odgovor: S (G) = 59 6

Primjer 3

Potrebno je izračunati površinu figure, koja je ograničena grafovima funkcija y = 1 x i y = - x 2 + 4 x - 2.

Rješenje

Nacrtajmo linije na grafikonu.

Hajde da definišemo granice integracije. Da bismo to učinili, odredimo koordinate tačaka presjeka pravih izjednačavanjem izraza 1 x i - x 2 + 4 x - 2 . Pod uvjetom da x nije jednako nuli, jednakost 1 x \u003d - x 2 + 4 x - 2 postaje ekvivalentna jednadžbi trećeg stepena - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 \u003d 0 sa cjelobrojnim koeficijentima . Memoriju algoritma za rješavanje ovakvih jednadžbi možete osvježiti tako što ćete pogledati odjeljak “Rješenje kubnih jednačina”.

Koren ove jednadžbe je x = 1: - 1 3 + 4 1 2 - 2 1 - 1 = 0.

Podijelimo izraz - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 binomom x - 1, dobijamo: - x 3 + 4 x 2 - 2 x - 1 ⇔ - (x - 1) (x 2 - 3 x - 1) = 0

Preostale korijene možemo pronaći iz jednačine 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 \u003d 3 - 13 2 ≈ - 0. 3

Pronašli smo interval x ∈ 1; 3 + 13 2 , pri čemu je G zatvoren iznad plave linije i ispod crvene linije. Ovo nam pomaže da odredimo površinu oblika:

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

Odgovor: S (G) \u003d 7 + 13 3 - ln 3 + 13 2

Primjer 4

Potrebno je izračunati površinu figure koja je ograničena krivuljama y = x 3, y = - log 2 x + 1 i x-osom.

Rješenje

Stavimo sve linije na graf. Graf funkcije y = - log 2 x + 1 možemo dobiti iz grafika y = log 2 x ako ga postavimo simetrično oko x-ose i pomjerimo za jednu jedinicu gore. Jednadžba x-ose y \u003d 0.

Označimo tačke preseka pravih.

Kao što se može vidjeti sa slike, grafovi funkcija y = x 3 i y = 0 sijeku se u tački (0; 0). To je zato što je x = 0 jedini pravi korijen jednadžbe x 3 = 0.

x = 2 je jedini korijen jednadžbe - log 2 x + 1 = 0, pa se grafovi funkcija y = - log 2 x + 1 i y = 0 sijeku u tački (2 ; 0).

x = 1 je jedini korijen jednadžbe x 3 = - log 2 x + 1 . S tim u vezi, grafovi funkcija y = x 3 i y = - log 2 x + 1 sijeku se u tački (1; 1) . Posljednja izjava možda nije očigledna, ali jednadžba x 3 \u003d - log 2 x + 1 ne može imati više od jednog korijena, budući da je funkcija y = x 3 strogo rastuća, a funkcija y = - log 2 x + 1 se striktno smanjuje.

Sljedeći korak uključuje nekoliko opcija.

Opcija broj 1

Lik G možemo predstaviti kao zbir dva krivolinijska trapeza koja se nalaze iznad ose apscise, od kojih se prvi nalazi ispod srednje linije na segmentu x ∈ 0; 1 , a drugi je ispod crvene linije na segmentu x ∈ 1 ; 2. To znači da će površina biti jednaka S (G) = ∫ 0 1 x 3 d x + ∫ 1 2 (- log 2 x + 1) d x .

Opcija broj 2

Slika G može se predstaviti kao razlika dvije figure, od kojih se prva nalazi iznad x-ose i ispod plave linije na segmentu x ∈ 0; 2, a druga je između crvene i plave linije na segmentu x ∈ 1; 2. Ovo nam omogućava da pronađemo ovo područje:

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

U ovom slučaju, da biste pronašli područje, morat ćete koristiti formulu oblika S (G) \u003d ∫ c d (g 2 (y) - g 1 (y)) d y. U stvari, linije koje ograničavaju oblik mogu se predstaviti kao funkcije argumenta y.

Rešimo jednadžbe y = x 3 i - log 2 x + 1 u odnosu na x:

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

Dobijamo potrebnu površinu:

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

Odgovor: S (G) = 1 ln 2 - 1 4

Primjer 5

Potrebno je izračunati površinu figure koja je ograničena linijama y = x, y = 2 3 x - 3, y = 1 2 x + 4.

Rješenje

Nacrtajte liniju na grafikonu crvenom linijom, zadanu funkcijom y = x . Nacrtajte liniju y = - 1 2 x + 4 plavom bojom, a liniju y = 2 3 x - 3 označite crnom.

Obratite pažnju na tačke preseka.

Pronađite točke presjeka grafova funkcija y = x i 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 \u003d 144 x 1 \u003d 20 + 144 2 = 16; x 2 = 20 - 144 2 = 4 i je rješenje jednadžbe x 2 = 4 = 2 , - 1 2 x 2 + 4 = - 1 2 4 + 4 = 2 ⇒ x 2 = 4 je rješenje jednadžbe ⇒ (4 ; 2) tačka presjeka i y = x i y = - 1 2 x + 4

Pronađite presječnu točku grafova funkcija y = x i 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 Provjerite: x 1 = 9 = 3, 2 3 x 1 - 3 \u003d 2 3 9 - 3 \u003d 3 ⇒ x 1 \u003d 9 je rješenje jednadžbe ⇒ (9; 3) tačka i sjecište y = x i 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 nije rješenje jednadžbe

Pronađite točku sjecišta pravih y = - 1 2 x + 4 i 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) tačka preseka y = - 1 2 x + 4 i y = 2 3 x - 3

Metoda broj 1

Površinu željene figure predstavljamo kao zbir površina pojedinačnih figura.

Tada je površina figure:

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

Metoda broj 2

Površina originalne figure može se predstaviti kao zbir druge dvije figure.

Zatim rješavamo jednadžbu linije za x, a tek nakon toga primjenjujemo formulu za izračunavanje površine figure.

y = x ⇒ x = y 2 crvena linija y = 2 3 x - 3 ⇒ x = 3 2 y + 9 2 crna linija y = - 1 2 x + 4 ⇒ x = - 2 y + 8 s i n i i l i n i i

Dakle, područje je:

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 + ∫ 2 3 3 2 y + 9 2 - y 2 d 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

Kao što vidite, vrijednosti se poklapaju.

Odgovor: S (G) = 11 3

Rezultati

Da bismo pronašli površinu figure koja je ograničena datim linijama, trebamo nacrtati linije na ravni, pronaći njihove točke presjeka i primijeniti formulu za pronalaženje površine. U ovom odeljku pregledali smo najčešće opcije za zadatke.

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter

Rješenje.

Prvi i najvažniji momenat odluke je izrada crteža.

Napravimo crtež:

Jednačina y=0 postavlja x-osu;

- x=-2 i x=1 - ravno, paralelno sa osom OU;

- y = x 2 +2 - parabola čije su grane usmjerene prema gore, sa vrhom u tački (0;2).

Komentar. Za konstruisanje parabole dovoljno je pronaći tačke njenog preseka sa koordinatnim osama, tj. stavljanje x=0 pronađite sjecište sa osom OU i rješavajući odgovarajuću kvadratnu jednačinu, pronaći presjek sa osom Oh .

Vrh parabole se može pronaći pomoću formula:

Možete crtati linije i tačku po tačku.

Na intervalu [-2;1] graf funkcije y=x 2 +2 nalazi preko ose Ox , zbog toga:

odgovor: S \u003d 9 kvadratnih jedinica

Nakon što je zadatak završen, uvijek je korisno pogledati crtež i shvatiti je li odgovor stvaran. U ovom slučaju, "na oko" brojimo broj ćelija na crtežu - pa, oko 9 će biti otkucano, čini se da je istina. Sasvim je jasno da ako bismo imali, recimo, odgovor: 20 kvadratnih jedinica, onda je, očito, negdje napravljena greška - 20 ćelija se očito ne uklapa u dotičnu cifru, najviše desetak. Ako je odgovor bio negativan, onda je i zadatak riješen pogrešno.

Šta učiniti ako se nalazi krivolinijski trapez ispod osovine Oh?

b) Izračunajte površinu figure ograničene linijama y=-e x , x=1 i koordinatne ose.

Rješenje.

Hajde da napravimo crtež.

Ako je krivolinijski trapez potpuno ispod osovine Oh , tada se njegova površina može naći po formuli:

odgovor: S=(e-1) sq. jedinica" 1,72 sq. jedinica

Pažnja! Nemojte brkati dvije vrste zadataka:

1) Ako se od vas traži da riješite samo određeni integral bez ikakvog geometrijskog značenja, onda on može biti negativan.

2) Ako se od vas traži da pronađete površinu figure pomoću određenog integrala, tada je površina uvijek pozitivna! Zbog toga se minus pojavljuje u upravo razmatranoj formuli.

U praksi se najčešće lik nalazi i u gornjoj i u donjoj poluravni.

sa) Pronađite površinu ravne figure ograničene linijama y = 2x-x 2, y = -x.

Rješenje.

Prvo morate napraviti crtež. Uopšteno govoreći, kada konstruišemo crtež u problemima oblasti, najviše nas zanimaju tačke preseka linija. Nađimo tačke preseka parabole i prave.To se može uraditi na dva načina. Prvi način je analitički.

Rješavamo jednačinu:

Dakle, donja granica integracije a=0 , gornja granica integracije b=3 .

Zadate prave gradimo: 1. Parabola - vrh u tački (1;1); sjecište osovine Oh - tačke (0;0) i (0;2). 2. Prava - simetrala 2. i 4. koordinatnog ugla. A sada Pažnja! Ako na segmentu [ a;b] neka kontinuirana funkcija f(x) veća ili jednaka nekoj kontinuiranoj funkciji g(x), tada se površina odgovarajuće figure može naći po formuli: .

I nije bitno gdje se figura nalazi - iznad ose ili ispod ose, već je bitno koji je grafikon VIŠI (u odnosu na drugi grafikon), a koji ISPOD. U primjeru koji se razmatra, očito je da se na odsječku parabola nalazi iznad prave, te je stoga potrebno oduzeti od

Moguće je konstruisati linije tačku po tačku, dok se granice integracije otkrivaju kao "sama po sebi". Ipak, analitička metoda pronalaženja granica se ponekad mora koristiti ako je, na primjer, graf dovoljno velik, ili konstrukcija s navojem nije otkrila granice integracije (mogu biti razlomke ili iracionalne).

Željena figura je ograničena parabolom odozgo i ravnom linijom odozdo.

Na segmentu, prema odgovarajućoj formuli:

odgovor: S \u003d 4,5 kvadratnih jedinica

Svaki određeni integral (koji postoji) ima vrlo dobro geometrijsko značenje. Na času sam rekao da je određeni integral broj. A sada je vrijeme da navedemo još jednu korisnu činjenicu. Sa stanovišta geometrije, definitivni integral je POVRŠINA.

To je, određeni integral (ako postoji) geometrijski odgovara površini neke figure. Na primjer, razmotrite definitivni integral . Integrand definira određenu krivulju na ravni (uvijek se može nacrtati po želji), a sam definitivni integral je numerički jednak površini odgovarajućeg krivolinijskog trapeza.

Primjer 1

Ovo je tipična izjava zadatka. Prvi i najvažniji momenat odluke je izrada crteža. Štaviše, crtež mora biti izgrađen PRAVO.

Prilikom izrade nacrta preporučujem sljedeći redoslijed: prvo bolje je konstruisati sve linije (ako ih ima) i samo poslije- parabole, hiperbole, grafovi drugih funkcija. Grafove funkcija je isplativije izgraditi tačku po tačku, tehnika konstrukcije po tačkama može se naći u referentnom materijalu.

Tamo možete pronaći i materijal koji je vrlo koristan u odnosu na našu lekciju – kako brzo izgraditi parabolu.

U ovom problemu rješenje bi moglo izgledati ovako.
Napravimo crtež (imajte na umu da jednačina definira os):

Krivolinijski trapez neću šrafirati, jasno je o kojoj oblasti je ovdje riječ. Rješenje se nastavlja ovako:

Na segmentu se nalazi graf funkcije preko ose, zbog toga:

odgovor:

Za one koji imaju poteškoća s izračunavanjem definitivnog integrala i primjenom Newton-Leibnizove formule, pogledajte predavanje Definitivni integral. Primjeri rješenja.

Primjer 2

Izračunajte površinu figure ograničenu linijama , , i osi

Ovo je "uradi sam" primjer. Potpuno rješenje i odgovor na kraju lekcije.

Šta učiniti ako se nalazi krivolinijski trapez ispod osovine?

Primjer 3

Izračunajte površinu figure ograničenu linijama i koordinatnim osa.

Rješenje: Napravimo crtež:

Ako je krivolinijski trapez potpuno ispod osovine, tada se njegova površina može naći po formuli:
U ovom slučaju:

Pažnja! Ne treba brkati dvije vrste zadataka:

1) Ako se od vas traži da riješite samo određeni integral bez ikakvog geometrijskog značenja, onda on može biti negativan.

2) Ako se od vas traži da pronađete površinu figure pomoću određenog integrala, tada je površina uvijek pozitivna! Zbog toga se minus pojavljuje u upravo razmatranoj formuli.

U praksi se najčešće lik nalazi i u gornjoj i u donjoj poluravni, pa se stoga od najjednostavnijih školskih zadataka prelazi na sadržajnije primjere.

Primjer 4

Pronađite površinu ravne figure ograničene linijama , .

Rješenje: Prvo morate napraviti crtež. Uopšteno govoreći, kada konstruišemo crtež u problemima oblasti, najviše nas zanimaju tačke preseka linija. Nađimo tačke preseka parabole i prave. Ovo se može uraditi na dva načina. Prvi način je analitički. Rješavamo jednačinu:

Dakle, donja granica integracije, gornja granica integracije.
Bolje je ne koristiti ovu metodu ako je moguće.

Mnogo je isplativije i brže graditi linije tačku po tačku, dok se granice integracije otkrivaju kao „sama po sebi“. Tehnika građenja tačku po tačku za različite grafikone detaljno je razmotrena u pomoći Grafovi i svojstva elementarnih funkcija. Ipak, analitička metoda pronalaženja granica se ponekad mora koristiti ako je, na primjer, graf dovoljno velik, ili konstrukcija s navojem nije otkrila granice integracije (mogu biti razlomke ili iracionalne). I mi ćemo također razmotriti takav primjer.

Vraćamo se našem zadatku: racionalnije je prvo konstruirati pravu liniju pa tek onda parabolu. Napravimo crtež:

Ponavljam da se kod poentične konstrukcije granice integracije najčešće otkrivaju „automatski“.

A sada radna formula: Ako je na segmentu neka kontinuirana funkcija veći ili jednak neke kontinuirane funkcije, tada se površina odgovarajuće figure može naći po formuli:

Ovdje više nije potrebno razmišljati o tome gdje se figura nalazi - iznad ose ili ispod ose, i, grubo rečeno, bitno je koji je grafikon IZNAD(u odnosu na drugi grafikon), a koji je ISPOD.

U primjeru koji se razmatra, očito je da se na odsječku parabola nalazi iznad prave, te je stoga potrebno oduzeti od

Završetak rješenja može izgledati ovako:

Željena figura je ograničena parabolom odozgo i ravnom linijom odozdo.

odgovor:

Zapravo, školska formula za površinu krivolinijskog trapeza u donjoj poluravni (vidi jednostavan primjer br. 3) je poseban slučaj formule. Kako je os dana jednadžbom, a graf funkcije se nalazi ispod ose, onda

A sada par primjera za samostalno rješenje

Primjer 5

Primjer 6

Pronađite površinu figure zatvorene linijama , .

U toku rješavanja zadataka za izračunavanje površine pomoću određenog integrala, ponekad se dogodi smiješan incident. Crtež je napravljen ispravno, proračuni su bili tačni, ali zbog nepažnje ... pronašao površinu pogrešne figure, tako je tvoj poslušni sluga nekoliko puta zeznuo. Evo slučaja iz stvarnog života:

Primjer 7

Izračunajte površinu figure ograničene linijama , , , .

Hajde da prvo nacrtamo:

Figura čiju oblast treba da pronađemo je zasenčena plavom bojom.(pažljivo pogledajte stanje - koliko je brojka ograničena!). Ali u praksi, zbog nepažnje, često se događa da morate pronaći područje figure koje je zasjenjeno zelenom bojom!

Ovaj primjer je koristan i po tome što se u njemu površina figure izračunava pomoću dva određena integrala. stvarno:

1) Na segmentu iznad ose nalazi se pravolinijski grafik;

2) Na segmentu iznad ose je graf hiperbole.

Sasvim je očigledno da se područja mogu (i trebaju) dodati, dakle:

odgovor:

Primjer 8

Izračunajte površinu figure ograničene linijama,
Predstavimo jednadžbe u "školskom" obliku i napravimo crtanje tačku po tačku:

Iz crteža se vidi da je naša gornja granica „dobra“: .
Ali koja je donja granica? Jasno je da ovo nije cijeli broj, ali šta? Možda ? Ali gdje je garancija da je crtež napravljen sa savršenom preciznošću, može se ispostaviti da je tako. Ili root. Šta ako uopće nismo dobili grafik?

U takvim slučajevima potrebno je potrošiti dodatno vrijeme i analitički precizirati granice integracije.

Nađimo tačke preseka prave i parabole.
Da bismo to uradili, rešavamo jednačinu:

Shodno tome, .

Dalje rješenje je trivijalno, glavna stvar je da se ne zbunite u zamjenama i znakovima, kalkulacije ovdje nisu najlakše.

Na segmentu, prema odgovarajućoj formuli:

Pa, na kraju lekcije, razmotrit ćemo dva teža zadatka.

Primjer 9

Izračunajte površinu figure ograničene linijama , ,

Rješenje: Nacrtajte ovu figuru na crtežu.

Za konstrukciju crteža tačku po tačku potrebno je poznavati izgled sinusoide (a općenito je korisno znati grafovi svih elementarnih funkcija), kao i neke sinusne vrijednosti, mogu se naći u trigonometrijska tabela. U nekim slučajevima (kao u ovom slučaju), dozvoljeno je izraditi šematski crtež, na kojem se grafovi i granice integracije moraju u principu ispravno prikazati.

Ovdje nema problema sa granicama integracije, one slijede direktno iz uslova: - "x" se mijenja od nule do "pi". Donosimo dalju odluku:

Na segmentu se graf funkcije nalazi iznad ose, dakle:

(1) Kako se sinus i kosinus integriraju u neparne potencije može se vidjeti u lekciji Integrali trigonometrijskih funkcija. Ovo je tipična tehnika, štipamo jedan sinus.

(2) Osnovni trigonometrijski identitet koristimo u obliku

(3) Promijenimo varijablu , tada:

Nove preraspodjele integracije:

Tko se stvarno loše bavi zamjenama neka ide na lekciju Metoda zamjene u neodređenom integralu. Za one kojima nije baš jasan algoritam zamjene u određenom integralu, posjetite stranicu Definitivni integral. Primjeri rješenja. Primjer 5: Rješenje: dakle:

odgovor:

Bilješka: primijetite kako se uzima integral tangente u kocki, ovdje se koristi posljedica osnovnog trigonometrijskog identiteta.