理论教育 微积分典型例题与解法:计算曲线所围成的平面图形的面积

微积分典型例题与解法:计算曲线所围成的平面图形的面积

时间:2023-10-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:1.计算下列曲线所围成的平面图形的面积.(1)y=×2,y=×(2),y=×,×=2(3),y=×+4 (4)y=e×,y=e-×,×=1(5)y=×2-×,y=1-×2 (6)y=×2,4y=×2,y=1解 (1)y=×2与y=×的交点为(0,0)和(1,1),取×为积分变量,变化区间为[0,1],则面积为.(2)取×为积分变量,变化区间为[1,2],则面积为(3)与y=×+4的交点为(-2,2

微积分典型例题与解法:计算曲线所围成的平面图形的面积

1.计算下列曲线所围成的平面图形的面积

(1)y=×2y=×(2)978-7-111-41532-9-Chapter06-453.jpgy=××=2

(3)978-7-111-41532-9-Chapter06-454.jpgy=×+4 (4)y=e×y=e×=1

(5)y=×2y=12 (6)y=×2,4y=×2y=1

(1)y=×2y=×的交点为(0,0)和(1,1),取×为积分变量,变化区间为[0,1],则面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-455.jpg

(2)取×为积分变量,变化区间为[1,2],则面积为

(3)978-7-111-41532-9-Chapter06-457.jpgy=×+4的交点为(-2,2)和(4,8),取×为积分变量,变化区间为[-2,4],则面积为

(4)取×为积分变量,变化区间为[0,1],则面积为

(5)y=×2y=12的交点为978-7-111-41532-9-Chapter06-460.jpg和(1,0),取×为积分变量,变化区间为978-7-111-41532-9-Chapter06-461.jpg,则面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-462.jpg978-7-111-41532-9-Chapter06-463.jpg

(6)图形关于轴对称,取为积分变量,变化区间为[0,1],则面积为

2.求曲线y=×3-3×+2在×轴上介于两极值点间的曲边梯形的面积

曲线y=×3-3×+2的极大值点×=-1,极大值为y=4,极小值点×=1,极小值为y=0,取×为积分变量,变化区间为[-1,1],则曲边梯形的面积为A=978-7-111-41532-9-Chapter06-465.jpg

3.求CC>0)的值,使两曲线y=×2y=C×3所围成的图形的面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-466.jpg

曲线×23的交点为(0,0)与978-7-111-41532-9-Chapter06-467.jpg,取×为积分变量,变化区间为978-7-111-41532-9-Chapter06-468.jpgC>0),则面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-469.jpg,所以978-7-111-41532-9-Chapter06-470.jpg

4.求位于曲线=e×下方,该曲线过原点的切线的左方及×轴上方的图形面积

设切点为(×00),则切线方程为-e×0=e×0×-×0),又因为切线过原点,所以有-e×0=e×0(-×0),即×0=1,切线为=e×.取×为积分变量,变化区间为(-∞,1],所求面积为

5.求下列平面图形分别绕×轴,轴旋转所得的旋转体的体积

(1)曲线978-7-111-41532-9-Chapter06-472.jpg与直线×=1,×=4,y=0所围的图形;

(2)在区间978-7-111-41532-9-Chapter06-473.jpg上,曲线y=SIN×与直线978-7-111-41532-9-Chapter06-474.jpgy=0所围的图形;

(3)曲线×2+y21与2978-7-111-41532-9-Chapter06-475.jpg所围的两个图形中较小的一块

(1)图形绕×轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-476.jpg;图形绕轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-477.jpg

(2)图形绕×轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-478.jpg;图形绕轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-479.jpg

(3)图形绕×轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-480.jpg978-7-111-41532-9-Chapter06-481.jpg

图形绕轴旋转,该体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-482.jpg978-7-111-41532-9-Chapter06-483.jpg

6.求圆盘×2+y2A2×=-BB>A>0)旋转所成的旋转体的体积

记由曲线978-7-111-41532-9-Chapter06-484.jpg×=-By=-Ay=A围成的图形绕×=-B旋转所得旋转体的体积为1,由曲线978-7-111-41532-9-Chapter06-485.jpg×=-By=-Ay=A围成的图形绕×=-B旋转所得旋转体的体积为2,则所求体积为

7.已知某产品总产量的变化率是时间(单位:年)的函数f2t+5(≥0)

求第一个五年和第二个五年的总产量各为多少

第一个五年的总产量为978-7-111-41532-9-Chapter06-487.jpg;第二个五年的总产量为978-7-111-41532-9-Chapter06-488.jpg

8.已知某产品生产了×个单位时,总收益的变化率(边际收益)为

(1)求生产了50个单位时的总收益;

(2)如果已经生产了100个单位,求再生产100个单位时的总收益

(1)生产了50个单位时的总收益为

(2)已经生产了100个单位,再生产100个单位时的总收益为

9.已知某产品的边际收入为

R′×25-2××≥0)

边际成本为

C′×13-4××≥0)

固定成本为C010,求当×=5时的毛利润和纯利润

×=5时的毛利润为978-7-111-41532-9-Chapter06-492.jpg;当×=5时的纯利润为978-7-111-41532-9-Chapter06-493.jpg

10.假设某产品的边际收入函数为R′×9×≥0)

边际成本函数为

(1)试求当产量由4万台增加到5万台时利润的变化量;(www.daowen.com)

(2)当产量为多少时利润最大?

(3)已知固定成本为1万元,求总成本函数C×)和利润函数×

(1)当产量由4万台增加到5万台时利润的变化量为

(2)当L′×=R′×-C′×0,即当×=4时,利润最大

(3)978-7-111-41532-9-Chapter06-496.jpg

11.已知一抛物线过点A(1,0),B(3,0),

(1)求证两坐标轴与该抛物线所围图形面积等于×轴与该抛物线所围图形面积;

(2)求上面两图形绕×轴旋转所得两个旋转体体积比

(1)过AB两点的抛物线方程为y=×2-4×+3,记两坐标轴与该抛物线所围图形为S1,其面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-498.jpg×轴与该抛物线所围图形S2,其面积为978-7-111-41532-9-Chapter06-499.jpg,所以结论成立

(2)S1×轴旋转所得旋转体体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-500.jpg

S2×轴旋转所得旋转体体积为978-7-111-41532-9-Chapter06-501.jpg,则两图形绕×轴旋转所得两个旋转体体积比978-7-111-41532-9-Chapter06-502.jpg

12.已知y=P×2+q×,(P<0,q>0)在第一象限内与直线y=-×+5相切,且此抛物线与×轴所围图形面积为S,问P取何值时面积S最大?

根据题意,抛物线与×轴的交点的横坐标为×10,978-7-111-41532-9-Chapter06-503.jpg

则面积有

因为直线y=-×+5与抛物线相切,故设抛物线在(×00)点与y=-×+5相切,抛物线在该点的切线斜率k020+q,因此k0=-1,可求得978-7-111-41532-9-Chapter06-505.jpg,由050=P×20+q可得P满足

由此可得978-7-111-41532-9-Chapter06-507.jpg,将它代入S中,有

978-7-111-41532-9-Chapter06-509.jpg,得驻点q=3

当0<q<3时,S′0,当q>3时,S′0,于是,当q=3,978-7-111-41532-9-Chapter06-510.jpg时,S取极大值,从而也是最大值,最大值为978-7-111-41532-9-Chapter06-511.jpg

13.设y=f×)是区间[0,1]上的任一非负连续函数

(1)试证存在×0∈(0,1),使得在区间[0,×0]上以f×0)为高的矩形面积等于在区间[×0,1]上以y=f×)为曲边的曲边梯形面积;

(2)又设f×)在区间(0,1)内可导,且978-7-111-41532-9-Chapter06-512.jpg,证明(1)中的×0是唯一的

(1)因为f×)≥0,×∈[0,1],构造函数

978-7-111-41532-9-Chapter06-513.jpg,又以为y=f×)是区间[0,1]上的任一非负连续函数,所以g×)在区间[0,1]也是连续函数,978-7-111-41532-9-Chapter06-514.jpg

g(1)=f(1)0(若f(1)0,在[0,C](fC0)上类似考虑即可),由零点定理,存在×0∈(0,1)使得g×00,即

978-7-111-41532-9-Chapter06-515.jpg,所以结论成立

(2)因为978-7-111-41532-9-Chapter06-516.jpg,则g′×=f×+×f′×+f×2f×+×f′×0,即g×)是单调递增的,所以×0是唯一的

14.设y=f×)是区间[AB]上的任一连续单调增加正函数,∈[AB],由y=f×),y=fA),×=ty=0所围的图形面积为S1),由y=f×),y=fB),×=ty=0所围的图形面积为S1).

(1)试证存在唯一的0∈(AB)使得S10=S20);

(2)问函数S1+S2)是否有最小值?

978-7-111-41532-9-Chapter06-517.jpg978-7-111-41532-9-Chapter06-518.jpg

g)是区间[AB]上的连续函数,

978-7-111-41532-9-Chapter06-519.jpg0,由零点定理,至少存在0∈(AB),使得g00,即S10=S20).又因为g′2f0,g)是区间[AB]上单调递增,所以存在唯一的0∈(AB)使得S10=S20

(2)令978-7-111-41532-9-Chapter06-520.jpg,则g′)≡0,所以函数S1+S2)是一个常数函数

15.设曲线方程为y=e(0≤×

(1)把曲线y=e(0≤×),×轴、轴和直线×=ξξ>0)所围成的平面图形绕×轴旋转一周得一旋转体,求此旋转体的体积ξ)以及满足978-7-111-41532-9-Chapter06-521.jpgA

(2)在此曲线上找一点,使过该点的切线与两坐标轴所围平面图形面积最大,并求出该面积

(1)旋转体的体积978-7-111-41532-9-Chapter06-522.jpg,而978-7-111-41532-9-Chapter06-523.jpg

(2)设切点为(×00),则切线方程为y-e0=-e0×-×0),切线与两个坐标轴的交点分别为(×0+1,0)和(0,(10)e0),所以切线与两坐标轴所围平面图形

面积为

978-7-111-41532-9-Chapter06-525.jpg,当×01时面积最大,此时切点为(1,e-1),最大面积为S(1)2e-1

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