微积分 经管类 第四版 吴赣昌 习题全解 第六章定积分的应用
第六章定积分的应用
课后习题全解
习题6-2
★ 1.求由曲线
x
y =与直线
x y =所围图形的面积。
知识点:平面图形的面积
思路:由于所围图形无论表达为X-型还是Y-型,解法都较简单,所以选其一做即可 解: 见图6-2-1
∵所围区域D 表达为X-型:???<<< ??<<< 0) ∴?-=1 0)(dx x x S D 61 )2132(1 22 3 =-=x x (?= -=1 26 1 )(dy y y S D ) ★ 2.求在区间[0, π/2]上,曲线x y sin =与直线0=x 、1=y 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:由于所围图形无论表达为X-型还是Y-型,解法都较简单,所以选其一做即可 解:见图6-2-2 ∵所围区域D 表达为X-型:?????<<< <1 sin 2 0y x x π, (或D 表达为Y-型:???<<< )cos ()sin 1(202 -= +=-=?π π π x x dx x S D ( 12 arcsin 1 -= =?π ydy S D ) ★★3.求由曲线 x y =2与42+-=x y 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:由于所围图形表达为Y-型时解法较简单,所以用Y-型做 解:见图6-2-3 ∵两条曲线的交点:???±==?? ??+-==22 42 2y x x y x y , ∴所围区域D 表达为Y-型:?? ?-<<<<-2 2 422y x y y , ∴23 16 )32 4()4(2 2 32 22 2 = -=--=- - ? y y dy y y S D (由于图形关于X 轴对称,所以也可以解为: 2316 )324(2)4(22 32 22=-=--=? y y dy y y S D ) ★★4.求由曲线 2x y =、24x y =、及直线1=y 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:所围图形关于Y 轴对称,而且在第一象限内的图形表达为Y-型时,解法较简单 解:见图6-2-4 ∵第一象限所围区域1D 表达为Y-型:?? ?<<< x y y 21 0, ∴3 43 22)2(2210 231 1= ? =-==?y dy y y S S D D (若用X-型做,则第一象限内所围区域=1D b a D D ,其中a D :?????<<<<22 4 10x y x x , b D :?????<<<<14 212y x x ;∴122122 01422[()(1]443D D x x S S x dx dx ==-+-=??) ★★5.求由曲线x y 1 =与直线x y =及2=x 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:由于所围图形表达为X-型,解法较简单,所以用X-型做 解:见图6-2-5 ∵两条曲线 x y = 和x y =的交点为(1,1)、(-1,-1),又这两条线和2=x 分别交于 )2 1 ,2(、2) ,2( ∴所围区域D 表达为X-型:?????<<< x 1 21, ∴2 2 21 1 113 ((ln )ln 222D S x dx x x x =-=-=-? ★★★6.抛物线 x y 22=分圆822=+y x 的面积为两部分,求这两部分的面积 知识点:平面图形面积 思路:所围图形关于X 轴对称,而且在第一象限内的图形表达为Y-型时,解法较简单 解:见图6-2-6,设阴影部分的面积为1D S ,剩余面积为2D S ∵两条曲线 x y 22=、822=+y x 的交于(2,2)±(舍去4-=x 的解), ∴所围区域1D 表达为Y-型:?????-<<<<-2 2 82 22y x y y ;又图形关于x 轴对称, ∴342)342(2)68(2)28(22 03202 2 0221 +=-+=--=--=??ππy y dy y y S D (其中 22 2cos 18cos 22cos 2284 4 sin 222 2 +=+=?= -? ?? =πππ dt t tdt t dy y t y ) ∴3 4634282 -=- -=πππD S ★★★7.求由曲线 x e y =、x e y -=与直线1=x 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:由于所围图形表达为X-型时,解法较简单,所以用X-型做 解:见图6-2-7 ∵两条曲线 x e y =和x e y -=的交点为(0,1),又这两条线和1=x 分别交于 ) ,1(e 和) ,1(1 -e ∴所围区域D 表达为X-型:?? ?<<<<-x x e y e x 10, ∴2)()(110 1 -+=+=-=---?e e e e dx e e S x x x x D ★★★8.求由曲线 x y ln =与直线a y ln =及b y ln =所围图形的面积)0(>>a b 知识点:平面图形面积 思路:由于所围图形表达为Y-型时,解法较简单,所以用Y-型做 解:见图6-2-8 ∵在x ln 的定义域范围内所围区域D :? ??<<< e x b y a 0ln ln , ∴a b e dy e S b a y b a y D -===?ln ln ln ln ★★★★9.求通过(0,0),(1,2)的抛物线,要求它具有以下性质:(1)它的对称轴平行于y 轴,且 向下弯;(2)它与x轴所围图形面积最小 知识点:平面图形面积和求最值 思路:首先根据给出的条件建立含参变量的抛物线方程,再求最值时的参变量 解:由于抛物线的对称轴平行于y 轴,又过(0,0),所以可设抛物线方程为bx ax y +=2 ,(由于下 弯,所以0 ),将(1,2)代入bx ax y +=2,得到2=+b a ,因此x a ax y )2(2-+= 该抛物线和X 轴的交点为0=x 和a a x 2 -= , ∴所围区域D :2200(2)a x a y ax a x -? < ??<<+-? ∴2 32 2 32 2 6)2() 223(])2([a a x a x a dx x a ax S a a a a D -= -+=-+=--? )4()2(6 1)]2()2()2(3[61)(233322+-=-?-+-?=' ---a a a a a a a a S D 得到唯一极值点:4-=a , ∴所求抛物线为: x x y 642+-= ★★★★10.求位于曲线 x e y =下方,该曲线过原点的切线的左方以及x 轴上方之间的图形的面积 知识点:切线方程和平面图形面积 思路:先求切线方程,再作出所求区域图形,然后根据图形特点,选择积分区域表达类型 解:x e y =?x e y =',∴在任一点0x x =处的切线方程为)(000 x x e e y x x -=- 而过(0,0)的切线方程就为:)1(-=-x e e y ,即ex y = 所求图形区域为21D D D =,见图6-2-10 X-型下的1D :?? ?<<<<∞-x e y x 00,2D :???<<< e y ex x 1 ∴2 22 )(1 211 e e e x e e dx ex e dx e S x x x D =- =-=-+=∞ -∞ -?? ★★★11.求由曲线θcos 2a r =所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:作图可知该曲线是半径为a 、圆心(0 ,a )的圆在极坐标系下的表达式,可直接求得面积为2 a π, 也可选择极坐标求面积的方法做。 解:∵作图6-1-11 知所求图形区域D :?????<<<<-θ πθπcos 2022a r ∴222 22 2 2) 2sin 2121(2)cos 2(21a a d a S D πθθθθπ ππ π=+==--? ★★★12.求三叶玫瑰线θ3sin a r =的面积S 知识点:平面图形面积 思路: 三叶玫瑰由三瓣面积相等的叶片组成 图6-2-12中所画是三叶玫瑰中的一叶, 而一叶图形又关于6 πθ = 对称, 因此选择其中一叶的一半区域1D 求其面积 解:∵1D :????? <<< <θ πθ3cos 06 0a r 图6-2-13 )cos 2(2θ+=a r r a 6 a 4 a 3 图6-2-14 θ ae r = r a 2 /πae π ae π-ae D ∴260 26 241 )6sin 6121(3)3cos (21661 a a d a S S D D πθθθθπ π =+===? ★★★13.求由曲线)cos 2(2θ+=a r 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:作图可知该曲线围成的图形关于极轴对称,因此选择其中一半区域1D 求其面积 解:∵1D :? ?? +<<<<)cos 2(200θπθa r ∴ 12220 1411 22[2(2cos3)]4[4(sin 3sin 6)1823212D D S S a d a a π π θθπθθθπ==+=+++=? ★★★14.求对数螺线 θρae =)(πθπ≤≤-及射线πθ=所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:作图可知该曲线围成的图形是由θ ρae =,θ从π-到π一段曲线及射线πθ=所围,由此可 确定θ、ρ的范围 解:∵所围区域D :?? ?<<<<-θ ρπ θπae ∴)(4 2 12)(2122222 2ππ π π θπ π θθ----=?==? e e a e a d ae S D ★★★★15.求由曲线θcos 3=r 及θcos 1+=r 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:作图可知两条闭围线围成的图形由三部分组成,其中一部分为两图形重叠部分D ,而D 又关于极 轴对称,设θ在(0, 2 π )内的曲线和极轴围成的半个D 为1D 区域 解:两条曲线θcos 3=r 、θcos 1+=r 交于3 π θ± =处, 因此分割区域b a D D D +=1,其中a D :?????+<<<<θπθcos 1030r ,b D :?????<<< <θ πθπcos 302 3r 1223203320 3 11 22[(1cos )(3cos )] 2 2 319115 2[(2sin sin 2)(sin 2)]23422644D D S S d d π π ππππθθθθππθθθπ ==++=?+++?+=?? ★★★16.求由曲线θsin 2=r 及θ2cos 2=r 所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:作图可知两条闭围线围成的图形由三部分 组成,其中一部分为两图形重叠部分D ,而D 又关于射线2 π θ= 对称,设两条曲线 在(0, 2 π )围成的半个D 为 1D 区域 解:两条曲线θsin 2= r 、θ2cos 2=r 交于6 π θ= 及6 5πθ= 因此分割区域b a D D D +=1,其中a D :?????<<<<θπθsin 2060r ,b D :??? ??<<<<θ πθπ 2cos 02 6r 2 3 6)2sin 412sin 4 1 621(2]2cos 21 )sin 2(21[2226 60 26 6 21- =+-?=+==??πθθ πθθθθπππ π ππ d d S S D D (和书后答案不同) ★★★17.求由摆线 )sin (t t a x -=,)cos 1(t a y -=)20(π≤≤t 及x 轴所围图形的面积 知识点:平面图形面积 思路:在直角坐标系下作图可知所围图形的 x 、y 变化范围,先求出直角坐标系下积分表达式,再将积分变量代换成t 解:∵所围区域D :? ? ?<<<<)(020x y y a x π, ( )(x y y =为摆线) ∴20 ()a D S y x dx π=? , 作代换)sin (t t a x -=, 则22202220322 3 )cos 1(])sin ([)cos 1(a a dt t a t t a d t a S D πππ π =?=-=--=?? 习题6-3 1. 求下列平面图形分别绕x 轴、y 轴旋转产生的立体体积: ★(1).曲线 x y =与直线1=x 、4=x 、0=y 所围成的图形; 知识点:旋转体体积 思路:作出平面图形(或求出该平面区域的x 、y 范围), 代入相应的公式。 解:平面图形D :?? ?≤≤≤≤x y x 04 1,见图6-3-1-1 绕x 轴旋转产生的立体体积: ππ2 15)(24 1= =?dx x V ; 绕y 轴旋转产生的立体体积:ππ5 124 241 = =?dx x x V (和书上答案不同) ★★(2).在区间2 ,0[π 上,曲线x y sin =与直线2 π= x 、 0=y 所围成的图形; 解:平面图形D :?????≤≤≤ ≤x y x sin 020π,见图6-3-1-2, 绕x 轴旋转产生的立体体积: 22204 1 )(sin πππ ==?dx x V ; 绕y 轴旋转产生的立体体积: 方法一:?? -== 20 2 cos )(2sin 2π π ππx d x dx x x V π ππ π2)sin cos (22020 =+-=x x x 方法二:V 可看作由1D (矩形2 0π≤ ≤x ,10≤≤y )绕 y 轴旋转而成的体积1V ,减去由2 D (10≤≤ y ,y x arcsin 0≤≤)绕y 轴旋转而成的立体体积2V 所得 ∴π ππ π2)(arcsin )2 (1 022=-=?dy y V ★(3).曲线 3x y =与直线2=x 、0=y 所围成的图形。 解:平面图形D :?? ?≤≤≤≤3020x y x ,绕x 轴旋转产生的立体体积: ππ7128)(202 3==?dx x V ; 绕y 轴旋转产生的立体体积:ππ5 64 22 3= =?dx xx V (绕y 轴旋转产生的立体体积如同(2)也有两种计算法) ★★2.求由曲线 2x y =、2y x =所围成的图形绕y 轴旋转一周所产生的旋转体体积。 知识点:旋转体体积 思路:该平面图形绕y 轴旋转而成体积V 可看作1D :? ? ?≤≤≤≤y x y 01 0绕y 轴旋转而成的体积1V ,减去 2D :? ??≤≤≤≤2 01 0y x y 绕y 轴旋转而成的立体体积2V 所得,见图6-3-2 解: πππ10 3)()(1 2 22 1 21= -= -=??dy y dy y V V V ★★3.求由曲线 x y sin =(π ≤≤x 0)与x 轴围成的平面图形绕y 轴旋转一周所产生的旋转体体积。 知识点:旋转体体积 思路:作出平面图形(或求出该平面区域的x 、y 范围),代入相应的公式 解:平面图形D :?? ?≤≤≤≤x y x sin 00π,绕y 轴旋转产生的立体体积: 2 2sin 2πππ==?dx x x V (绕y 轴旋转产生的立体体积如同1(2)也有两种计算法) ★★★4.求由曲线 a x ach y =,0=x ,a x =,0=y (0>a )所围成的图形绕x 轴旋转而成的立体体积。 知识点:旋转体体积 思路:作出平面图形(或求出该平面区域的x 、y 范 围),代入相应的公式 解:平面图形D :?? ???≤≤≤≤a x ach y a x 00,见图6-3-4, 绕x 轴旋转产生的立体体积: )22(4 )224(21 2(3020220sh a a a x sh a a dx a x ch a dx a x ch a V a a a +=+=+==??ππππ ★★★5.求摆线 )sin (t t a x -=,)cos 1(t a y -=的一拱与0=y 所围图形绕直线a y 2=轴旋转而 成的旋转体体积。 知识点:旋转体体积 思路:若设所围区域为D ,则该平面图形绕a y 2=旋转而成体积V 可看作矩形区域1D :?? ?≤≤≤≤a y x 2020π 绕 a y 2=旋转而成的体积1V ,减去区域2D :02()2x y x y a π ≤≤?? ≤≤? 绕a y 2=旋转而成的立体体积2V 所得,(其中,()y x 表示摆线的函数式,见图6-3-5 解:? -- ?=-=a dx y a a a V V V ππππ20 22 21)2(2)2(,作代换)sin (t t a x -=,则 2232222320 8(cos )(sin )8sin (1cos )V a a a t ad t t a a t t dt π πππππ=-+-=--?? =22223 223 01cos 28(sin sin )72 t a a dt td t a π ππππ---=? ? ★★★★6.求 222a y x ≤+绕b x -=(0>>a b )旋转而成的旋转体体积。 知识点:旋转体体积 思路:由图形的对称性可知所求体积12V V =,其中1V 是由2 2 2 a y x ≤+(0≥y )部分,绕b x -=旋转而成的旋转体体积,又根据元素法,1V 是由图形中的线段y (2 20x a y -≤≤)绕b x -=旋 转一周所得的圆柱面叠加而成,见图6-3-6 解:12V V =b a dx x a b dx x a b x a a a a 22222224)(22 πππ=-=-+=? ? -- ★★★★7.由心形线 )cos 1(4θρ+=和射线0=θ及2 π θ= 所围图形绕极轴旋转而成的旋转体体积。 知识点:旋转体体积 思路:极坐标中的此平面图形绕极轴旋转相当于直角坐标系下的该图形绕x 轴旋转 解:平面区域D :04(1cos ) ρθ≤≤+(2 0πθ≤ ≤),见图6-3-7 ∵心形线)cos 1(4θρ +=的直角坐标表示: ?? ?+=+=θ θθθsin )cos 1(4cos )cos 1(4y x (80≤≤x ),根据直角坐标下的体积计算及222 x y ρ+=,得: ???-=-==8 03 8 02 8 02 2 2 3 8)(ππρρππdx dx x dx y V 微积分(经管类复习题)2011.5 一、选择题 1. 二元函数) 3ln(1),(2 2 y x y x f --= 的定义域为( ) .A 222<+y x .B 222≤+y x .C 322<+y x .D 322≤+y x 2. 点),(00y x 使0),(='y x f x 且0),(=' y x f y 成立,则( ) .A ),(00y x 是),(y x f 的极值点 .B ),(00y x 是),(y x f 的最小值点 .C ),(00y x 是),(y x f 的最大值点 .D ),(00y x 可能是),(y x f 的极值点 3. 级数 ∑∞ =1 n n aq 收敛的充分条件是( ) .A 1>q .B 1=q .C 1 一、教学目标:1. 理解定积分的基本概念并能利用定积分的几何意义解决一些简单的积分计算问题. 2. 理解微积分的基本定理,并会用定积分公式解决简单函数的定积分问题. 二、知识要点分析 1. 定积分的概念:函数)(x f 在区间[a ,b ]上的定积分表示为:?b a dx x f )( 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?b a dx x f )(的几何意义是:y=f (x )与x=a ,x= b 及x 轴围成的曲边梯形面积,在一般情形下.?b a dx x f )(的几何意义是介于x 轴、函数f (x )的图象、以及直线x=a ,x= b 之间的各部分的面积代数和,在x 轴上方的面积取正号,x 轴下方的面积取负号. 在图(1)中:0s dx )x (f b a >=?,在图(2)中:0s dx )x (f b a <=?,在图(3)中:dx )x (f b a ?表示 函数y=f (x )图象及直线x=a ,x=b 、x 轴围成的面积的代数和. 注:函数y=f (x )图象与x 轴及直线x=a ,x=b 围成的面积不一定等于?b a dx x f )(,仅当在区间[a ,b]上f (x )恒正时,其面积才等于?b a dx x f )(. 3. 定积分的性质,(设函数f (x ),g (x )在区间[a ,b ]上可积) (1)???±=±b a b a b a dx )x (g dx )x (f dx )]x (g )x (f [ (2)??=b a b a dx x f k dx x kf )()(,(k 为常数) (3)???+=b c b a c a dx x f dx x f dx x f )()()( (4)若在区间[a , b ]上,?≥≥b a dx x f x f 0)(,0)(则 推论:(1)若在区间[a ,b ]上,??≤≤b a b a dx x g dx x f x g x f )()(),()(则 (2)??≤b a b a dx x f dx x f |)(||)(| (3)若f (x )是偶函数,则??=-a a a dx x f dx x f 0)(2)(,若f (x )是奇函数,则0)(=?-a a dx x f 4. 微积分基本定理: 一般地,若)()()(],[)(),()('a F b F dx x f b a x f x f x F b a -==?上可积,则在且 注:(1)若)()('x f x F =则F (x )叫函数f (x )在区间[a ,b ]上的一个原函数,根据微积分(经管类复习题)
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