第十章定积分的应用§4旋转曲面的面积_数学分析
数学分析第十章 定积分的应用
x x(t) y y(t)
t [, ]
给出,在[, ]上y(t)连续, x(t)连续可微,
且x'(t) 0,记a x( ),b x( ),则
曲边梯形的面积
A y(t)x' (t) dt.
例2
求椭圆 x2 a2
y2 b2
1的面积.
解
椭圆的参数方程
x y
a cos t bsin t
对一个立体，如果知道该立体上垂直于一 定轴的各个截面面积，那么，这个立体的体积 也可用定积分来计算.
如图，设 A( x)
表示过点 x且 a o
垂直于 x轴的
x
bx
截面面积。
A( x)为 x的已知连续函数，
取积分变量为 x，变化范围[a,b]
相应于[a, b]上的任一小区间[ x, x dx]，
立体位于该小区间部分而成的薄片的体积近似看成是 以 A(x) 为底面积、 dx 为高的扁圆柱体的体积，即
1.由连续曲线
y f ( x)( f ( x) 0)、x 轴与两条直线 x a、 x b所围成的平面图形
的面积。
y
y f (x)
oa
bx
2.如果y=f(x)在[a,b]上不都是非负时，如下图
华东师范大学数学系《数学分析》(上)笔记和课后习题(含真题)详解(定积分的应用)
第10章 定积分的应用10.1 复习笔记一、平面图形的面积由连续曲线()(0)y f x =≥，以及直线,()x a x b a b ==<和x 轴所围曲边梯形的面积为()b baaA f x dx ydx ==⎰⎰如果()f x 在[,]a b 上不都是非负的，则所围图形的面积为()b baaA f x dx y dx ==⎰⎰一般地，由上、下两条连续曲线2()y f x =与1()y f x =以及两条直线,()x a x b a b ==<所围的平面图形(图l0-1)，它的面积计算公式为21[()()]baA f x f x dx =⎰－图10-1二、由平行截面面积求体积 1．立体体积的一般计算公式 设为三维空间中的一立体，它夹在垂直于x 轴的两平面x ＝a 与x ＝b 之间（a ＜b ），称为位于[a，b]上的立体，若在任意一点x∈[a，b]处作垂直于x轴的平面，它截得的截面面积是关于x的函数，记为A（x），并称之为的截面面积函数（见图10-2），设A（x）是连续函数．图10-2 图10-3对[a，b]作分割过各个分点作垂直于x轴的平面x＝xi，i＝1,2,…，n，它们把分割成n个薄片,i＝1，2，…，n任取那么每一薄片的体积（见图10-3）于是由定积分的定义和连续函数的可积性，当时，上式右边的极限存在，即为函数A （x）在[a，b]上的定积分，于是立体的体积定义为2．旋转体的体积a b上的连续函数，Ω是由平面图形设f是[,]≤≤≤≤0|||f(x)|,ay x b绕x轴旋转一周所得的旋转体，那么易知截面面积函数为2()[()],[,]A x f x x a b π=∈得到旋转体Ω的体积公式为2=[()]baV f x dxπ⎰三、平面曲线的弧长与曲率 1．平面曲线的弧长 （1）定义①如果存在有限极限ss T T =→0||||lim即任给0ε>，恒存在0δ>，使得对C 的任意分割T ，只要||||T δ<，就有|s |T s ε-<则称曲线C 是可求长的，并把极限s 定义为曲线C 的弧长．②设曲线AB 是一条没有自交点的闭的平面曲线．在AB 上任取点P ,将AB 分成两段非闭曲线，如果AP 和PB 都是可求长的，则称AB 是可求长的，并把AP 的弧长和PB 的弧长的和定义为AB 的弧长．③设曲线C 由参数方程(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈给出．如果(t)x 与()y t 在[,]αβ上连续可微，且'()x t 与'()y t 不同时为零,即''()()0x t y t +≠，],[βα∈t ，则称C 为一条光滑曲线．（2）定理设曲线C 是一条没有自交点的非闭的平面曲线，由参数方程(),(),[,]x x t y y t t αβ==∈ （10-1）给出．若()x t 与()y t 在[,]αβ上连续可微，则C 是可求长的，且弧长为'2'2[()][()]s x t y t dt βα=+⎰ （10-2）（3）性质设AB 是一条没有自交点的非闭的可求长的平面曲线．如果D 是AB 上一点，则和AD 和DB 也是可求长的，并且AB 的弧长等于AD 的弧长与DB 的弧长的和．2．曲率 （1）定义如图10-4，设()t α表示曲线在点((),())P x t y t 处切线的倾角，==()()t t t ααα∆+∆-表示动点由P 沿曲线移至))(),((t t y x t x Q ∆+∆+时切线倾角的增量，若PQ 之长为s ∆，则称||K sα-∆=∆为弧段PQ 的平均曲率．如果存在有限极限|||lim ||lim |00dsd s s K s t ααα=∆∆=∆∆=→∆→∆则称此极限K 为曲线C 在点P 处的曲率．图10-4（2）计算公式设曲线C 是一条光滑的平面曲线，由参数方程（10-1）给出，则曲率的计算公式为2322)(||''''''''y x y x y x K +-=若曲线由()y f x =表示,则相应的曲率公式为2''3'2||(1+y )y K =四、旋转曲面的面积1．设平面光滑曲线C 的方程为(),[,]y f x x a b =∈（不妨设()0f x ≥），这段曲线绕x 轴旋转一周得到旋转曲面的面积为2(baS f x π=⎰2．如果光滑曲线C 由参数方程(),(),[,]x x ty y t t αβ==∈给出，且()0y t ≥，那么由弧微分知识推知曲线C 绕x 轴旋转所得旋转曲面的面积为2(S y t βαπ=⎰五、定积分的近似计算 1．梯形法公式121()(...)22bn n ay y b a f x dx y y y n --=+++++⎰2．抛物线法公式（辛普森Simpsom 公式）021*******()[4(...y )2(...)]6bn n n ab af x dx y y y y y y y n---≈+++++++++⎰10.2 课后习题详解§1 平面图形的面积1．求由抛物线y ＝x 2与y ＝2－x 2所围图形的面积．解：该平面图形如图10-1所示．两条曲线的交点为（－1，1）和（1，1），所围图形的面积为图10-12．求由曲线与直线所围图形的面积．解：该平面图形如图10-2所示．所围图形的面积为。
§4旋转曲面的面积
(3)
首页
×
如果光滑曲线Ｃ由参数方程 x=x(t),y=y(t),t ∈[α,β] 且 y(t)≥0，那么由弧微分知识推知曲线C绕 x 轴旋转所得 旋转曲面的面积为
S 2 y(t ) x 2 (t ) y'2 (t )dt .
(4)
事实上，由（２）知，
S 2 f x 1 f
lim f ( x )dx a f ( x )dx.
b T 0
首页
×
一般地，我们归纳出所求量Φ的积分表达式的步骤. (1) 选取积分变量及变化区间； (2) 设想把区间[a,b]分成n个小区间,取其中任一小 区间并记作[x, x+△x]，求出相应于此小区间的 部分量△Φ的近似值
ｄΦ＝f（x）dx；
b a 2
x dx = 2 a f x
b
dy 2 1( ) dx dx
= 2 f x dx dy = 2 y( t )ds
b 2 2 a
= 2
2 '2 = 2 y( t ) x ( t ) y ( t )dt .
首页
dx 2 dy 2 y( t ) ( ) ( ) dt dt dt
S f (i )xi ( xi xi xi 1 ).
i 1
首页
n
×
（iii）取极限 注意到(1)式右边的和式既依赖于对区间[a, b] 的分割,又与所有中间点 i( i=1,2,…，n）的取法
有关.可以想象,当分点无限增多,且对[a, b]无限细
分时,如果此和式与某一常数无限接近,且与分点xi, 中间 i 点的选取无关,则就把此常数定义作为曲边梯 形的面积S.
数学分析2课件：10-4 旋转曲面的面积
（此时，以简代繁、以直代曲、以静代动）。
则
U b f ( x)dx。 a
三、旋转曲面的面积
y
设平面光滑曲线C的方程为:
y f (x)
y f ( x), x [a,b] (不妨设f ( x) 0).
o
x x x
x
这段曲线绕x轴旋转一周得到旋转曲面，求这 个曲面的面积。
过x和x x分别作垂直于x轴的平面，
[2 f ( x) y]
1
y x
2
x
2f
(
x
)
1
f 2( x)x
o(x).
dS 2f ( x) 1 f 2( x)dx 2f ( x)ds,
S 2
b
f (x)
1 f 2( x)dx.
a
——直角坐标下旋转曲面面积计算公式。
如果光滑曲线C的参数方程为：
x x(t), y y(t),t [a, ] y(t) 0,
则曲线C绕x轴旋转所得旋转曲面的面积为 ：
S 2 a y(t)ds
dS 2yds
2
y(t )
x2(t ) y2(t )dt.
a
如果光滑曲线C的极坐标方程为：
r r( ), ,
则 S 2
y( )ds
a
2
r( )sin
r 2( ) r2( )d .
a
例1 求抛物线 y2 8x, 0 x 1 4
则 U b f ( x)dx。 a
平面图形的面积：
y
y f (x)
A | y | x,
dA | y | dx; A( x)
x x dx
o a x x dx b x
立体的体积： V A( x)x, dV A( x)dx;
旋转曲面的面积公式推导
旋转曲面的面积公式推导要推导旋转曲面的面积公式，我们首先需要了解旋转曲面的定义和特征。
旋转曲面是由一个平面曲线围绕其中一轴旋转一周形成的曲面。
在数学中，我们通常将轴称为旋转轴，将平面曲线称为母线。
一般来说，旋转曲面的面积可以通过将曲面切分成无数个微小的扇形面元来进行计算。
每个小扇形面元的面积可以近似地看作一个扇形的面积。
现在，让我们来具体推导旋转曲面的面积公式：假设我们的旋转曲面是由一个平面曲线y=f(x)（母线）绕x轴旋转一周得到的。
首先，我们将曲线分成n个小段，并将每个小段切分成微小的线段。
第i个小段的长度为Δl_i，小段的起点和终点分别为(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)。
现在，我们来推导一个微小线段的扇形面积。
根据旋转曲面的特征，我们可以得知旋转轴到任意点(x_i,y_i)的距离可以表示为r_i=y_i。
因此，我们可以将微小线段的长度Δl_i转化为弧长Δs_i=r_i*Δθ_i。
其中，Δθ_i可以通过微积分中的极限求解方法得到，即Δθ_i = lim(θ_i+1 - θ_i) 当Δx_i -> 0 时根据微积分的定义，我们知道tan(Δθ_i) = Δy_i / Δx_i。
当Δx_i -> 0 时，tan(Δθ_i) 可以近似地等于 dy_i / dx_i，即微分形式。
因此，Δθ_i等于 dy_i / dx_i。
由于我们是围绕x轴旋转的，因此弧长Δs_i可以表示为：Δs_i = r_i * Δθ_i = y_i * dy_i / dx_i然后，我们根据扇形面积的公式，将Δs_i和Δl_i相乘，得到扇形面积的微分形式。
dA_i = (Δs_i * Δl_i) = (y_i * dy_i / dx_i) * Δl_i我们可以将Δl_i表示为微小线段的长度Δx_i。
由于我们是将曲线分成了n个小段，将所有扇形面积的微分形式相加得到曲面的面积。
A = ∑(i=1 to n) dA_i= ∑(i=1 to n) (y_i * dy_i / dx_i) * Δx_i当我们令n趋向于无穷大时，即Δx_i趋向于0时，我们可以将上式改写为定积分的形式：A = ∫(x=a to b) y(x) * sqrt(1 + y'(x)^2) dx这就是旋转曲面的面积公式推导的结果。
第十章定积分的应用§4旋转曲面的面积_数学分析
一 微元法
用定积分计算几何中的面积，体积，弧长，物理中的功，引力等等的量，关键在于把所求量通
过定积分表达出来. 元素法就是寻找积分表达式的一种有效且常用的方法. 它的大致步骤是这
样的：设所求量 是一个与某变量(设为 x)的变化区间 有关的量，且关于区间 具
有可加性. 我们就设想把 分成 n 个小区间，并把其中一个代表性的小区间记坐
近似表达式（其中 为
称为量
1）所求量 关于分布区间
2） U f (x)x o(x)
具有代数可加性.
对于前面所讲过的平面图形的面积、立体体积、曲线弧长相应的微元分别为：
S | y | x V S(x)x s 1 y2 x
二 旋转曲面的面积
§5 定积分在物理中的某些应用
(一) 教学目的：掌握定积分在物理中的应用的基本方法． (二) 教学内容：液体静压力；引力；功与平均功率．
。在
的一段近似的看成质点，其质量为 ，与 相距
，因此可以按照两质点间的引力计算公式求出这段细直棒对质点 的引力 的大小为
从而求出 在水平方向分力
Fx 的元素为
于是得到引力在水平方向的分力为
dFx
k
的近似值，即细直棒对质点
amdy (a2 y 2 )3/ 2
上式中的负号表示 指向 轴的负向，又由对称性知，引力在铅直方向分力为
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资0配不料置仅试技可卷术以要是解求指决，机吊对组顶电在层气进配设行置备继不进电规行保范空护高载高中与中资带资料负料试荷试卷下卷问高总题中体2资2配，料置而试时且卷，可调需保控要障试在各验最类；大管对限路设度习备内题进来到行确位调保。整机在使组管其高路在中敷正资设常料过工试程况卷中下安，与全要过，加度并强工且看作尽护下可关都能于可地管以缩路正小高常故中工障资作高料；中试对资卷于料连继试接电卷管保破口护坏处进范理行围高整，中核或资对者料定对试值某卷，些弯审异扁核常度与高固校中定对资盒图料位纸试置，卷.编保工写护况复层进杂防行设腐自备跨动与接处装地理置线，高弯尤中曲其资半要料径避试标免卷高错调等误试，高方要中案求资，技料编术试写5交、卷重底电保要。气护设管设装备线备置4高敷、调动中设电试作资技气高，料术课中并3试中、件资且卷包管中料拒试含路调试绝验线敷试卷动方槽设技作案、技术，以管术来及架避系等免统多不启项必动方要方式高案，中；为资对解料整决试套高卷启中突动语然过文停程电机中气。高课因中件此资中，料管电试壁力卷薄高电、中气接资设口料备不试进严卷行等保调问护试题装工，置作合调并理试且利技进用术行管，过线要关敷求运设电行技力高术保中。护资线装料缆置试敷做卷设到技原准术则确指：灵导在活。分。对线对于盒于调处差试，动过当保程不护中同装高电置中压高资回中料路资试交料卷叉试技时卷术，调问应试题采技，用术作金是为属指调隔发试板电人进机员行一，隔变需开压要处器在理组事；在前同发掌一生握线内图槽部纸内故资，障料强时、电，设回需备路要制须进造同行厂时外家切部出断电具习源高题高中电中资源资料，料试线试卷缆卷试敷切验设除报完从告毕而与，采相要用关进高技行中术检资资查料料和试，检卷并测主且处要了理保解。护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
数学分析课本（华师大三版）-习题及答案第十章
第十章 定积分的应用一、填空题1． 求曲线8,2222=+=y x x y 所围成图形面积A （上半平面部分），则A = 2． 曲线x x e y e y -==,及1=x 所围面积A = 3． 曲线θθcos 1,cos 3+==r r 所围面积A = 4． 曲线)0(>=λλθae r 从0=θ到αθ=一段弧长S = 5． 曲线 ⎩⎨⎧-=+=)cos (sin )sin (cos t t t a y t t t a x 从0=t 到π=t 一段弧长S =6． 均匀摆线)0(cos 1sin π≤≤⎩⎨⎧-=-=t ty tt x ，弧长4=S ，则其重心坐标是7． 曲线0,0),0(==≤=y x x e y x 所围图形绕Ox 轴旋转所得旋转体的体积为 ；而绕Oy 轴旋转所得旋转体的体积为 8． 抛物线)(a x x y -=与直线x y =所围图形的面积为9． 在抛物线24x y =上有一点P ，已知该点的法线与抛物线所围成的弓形面积为最小，则P 点的坐标是10．设有一内壁形状为抛物面22y x z +=的容器，原来盛有)(83cm π的水，后来又入注)(643cm π的水，设此时水面比原来提高了hcm ，则h = 11．由曲线,2,1=+=x xx y 及2=y 所围图形的面积S = 曲线x x x y 223++-=与x 轴所围成的图形的面积A = 二、选择填空题1． 曲线)0(ln ,ln b a a y x y <<==与y 轴所围成图形的面积为A ，则A =（ ） （A ）⎰ba xdx ln ln ln （B ）⎰ba e ex dx e（C ）⎰baydy e ln ln （D ）⎰ba e exdx ln2．曲线x y xy ==,1，2=x 所围成的图形面积为A ，则A =（ ）（A ）dx x x )1(21-⎰（B ）dx xx )1(21-⎰（C ）⎰⎰-+-2121)2()12(dy y dy y（D ）⎰⎰-+-2121)2()12(dx x dx x3．曲线x e y =下方与该曲线过原点的切线左方及y 轴右方所围成的图形面积A =（ ） （A ）dx ex e x )(10-⎰ （B ）dy y y y e)ln (ln 1-⎰（C ）dx xe e exx )(1⎰- （D ）dy y y y )ln (ln 1-⎰4．曲线)0(cos 2>=a a r θ所围图形面积A =（ ）（A ）()θθπd a 220cos 221⎰ （B ）θθππd a ⎰-2cos 221 （C ）()θθπd a 220cos 221⎰（D ）()θθπd a 220cos 2212⎰ 5．曲线πθπθθ=-==,,ae r 所围图形面积A =（ ）（A ）⎰πθθ02221d e a （B ）⎰πθθ20222d e a （C ）⎰-ππθθd ea 22 （D ）⎰-ππθθd e a 2226．曲线θθ2cos ,sin 22==r r 所围图形面积A =（ ）（A ）()()⎰⎰+-222121212cos 2sin 2θθθθd d（B ）()()⎰⎰+462602cos sin 2πππθθθθd d（C ）()()⎰⎰+46262cos 21sin 221πππθθθθd d（D ）()()⎰⎰+462602cos sin 22πππθθθθd d7．曲线()21ln xy -=上210≤≤x 一段弧长S =（ ）（A ）dx x ⎰⎪⎭⎫⎝⎛-+212111 （B ）⎰-+2102211dx x x （C ）dx x x ⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛--+2102121 （D ）dx x ⎰-+21022])1[ln(1 8．摆线)0()cos 1()sin (>⎩⎨⎧-=-=a t a y t t a x 一拱与x 轴所围图形绕x 轴旋转，所得旋转体的体积=V （ ）（A ）()⎰-ππ2022cos 1dt t a （B ）())]sin ([cos 12202t t a d t a a--⎰ππ（C ）()⎰--ππ2022)]sin ([cos 1t t a d t a （D ）()⎰-adt t a ππ2022cos 19．星形线⎪⎩⎪⎨⎧==ta y ta x 33sin cos 的全长S =（ ）（A ）⎰-⋅202)sin (cos 3sec 4πdt t t a t（B ）⎰-⋅022)sin (cos 3sec 4πdt t t a t（C ）⎰-⋅π02)sin (cos 3sec 2dt t t a t（D ）⎰-⋅02)sin (cos 3sec 2πdt t t a t10．心形线)cos 1(4θ+=r 与直线2,0πθθ==围成图形绕极轴旋转的旋转体体积=V （ ）（A ）⎰+202)cos 1(16πθθπd（B ）⎰+2022sin )cos 1(16πθθθπd（C ）⎰++2022]cos )cos 1(4[sin )cos 1(16πθθθθπd（D ）⎰++0222]cos )cos 1(4[sin )cos 1(16πθθθθπd11．两个半径为a 的直交圆柱体所围的体积为V =（ ）（A ）⎰-adx x a 022)(4（B ）⎰-adx x a 022)(8（C ）⎰-adx x a 022)(16 （D ）⎰-adx x a 022)(212．矩形闸门宽a 米，高h 米，垂直放在水中，上沿与水面齐，则闸门压力p =（ ） （A ）⎰hahdh 0 （B ）⎰aahdh 0（C ）⎰hahdh 021（D ）⎰h ahdh 0213．横截面为S ，深为h 的水池装满水，把水全部抽到高为H 的水塔上，所作功=W （ ）（A ）⎰-+hdy y h H S 0)( （B ）⎰-+Hdy y h H S 0)(（C ）⎰-hdy y H S 0)( （D ）⎰+-+Hh dy y h H S 0)(14．半径为a 的半球形容器，每秒灌水b ，水深)0(a h h <<，则水面上升速度是（ ）（A ）⎰h dy y dh d 02π （B ）⎰--h dy a y a dh d 022])([π （C ）⎰hdy y dh db2π （D ）⎰-hdy y ay dh d b2)2(15．设)(),(x g x f 在区间[]b a ,上连续，且m x g x f <<)()(（m 为常数），则曲线b x a x x f y x g y ====,),(),(所围平面图形绕直线m y =旋转而成的旋转体体积为（ ） （A ）⎰-+-badx x g x f x g x f m )]()()][()(2[π（B ）⎰---badx x g x f x g x f m )]()()][()(2[π（C ）⎰-+-badx x g x f x g x f m )]()()][()([π（D ）⎰---badx x g x f x g x f m )]()()][()([π三、计算题1．求抛物线2x y =与2x 2y -=所围图形的面积。
10.4 旋转曲面的面积
S 2
y(t )
x2(t) y2(t)dt.
(iii ) 若光滑曲线r r( ) 0, [, ] [0, ],则
S
2
r(
)sin
r 2( ) r2( ) d .
例1、求半径为R 的球面面积。
例2、求 双纽线 r 2 2a2cos2 (a 0) 绕极轴
f ( x)dx o(x) , 从而 的微元 d f ( x)dx .
4、所求量
b
a d
b
a
f
( x)dx.
注：定积分的实质是具有可加性的连续变量的 求和问题.
如：几何中的面积、体积、弧长； 物理中的功、压力、引力等.
如：求曲线C 的弧长 .
y
y
a o x x x b x s x2 y2
(i)曲线C : y f ( x)( x [a,b]) , 则 弧长微元： ds 1 [ f ( x)]2dx .
弧长：
b
s a
1 [ f ( x)]2dx .
(ii
)曲线
C
:
x y
x(t) ,
y(t )
t
[
,
]
,
则
弧长元素：ds [x(t)]2 [ y(t)]2 dt .
旋转曲面微元
dS 2πf ( x) 1 f 2 ( x)dx,
旋转曲面的面积为
S
2
b
a
f
(
x)
1
f 2( x) dx.
(ii) 若光滑曲线由 x x(t), y y(t), t [ , ] 给出,
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§4 旋转曲面的面积(一) 教学目的：理解微元法的基本思想和方法，掌握旋转曲面的面积计算公式．(二) 教学内容：旋转曲面的面积计算公式．基本要求：掌握求旋转曲面的面积的计算公式，包括求由参数方程定义的旋转曲面的面积；掌握平面曲线的曲率的计算公式． (三) 教学建议： 要求学生必须熟记旋转曲面面积的计算公式，掌握由参数方程定义的旋转曲面的面积． ————————————————————一 微元法 用定积分计算几何中的面积，体积，弧长，物理中的功，引力等等的量，关键在于把所求量通过定积分表达出来. 元素法就是寻找积分表达式的一种有效且常用的方法. 它的大致步骤是这样的：设所求量 是一个与某变量(设为x )的变化区间 有关的量，且关于区间 具有可加性. 我们就设想把 分成n 个小区间，并把其中一个代表性的小区间记坐， 然后就寻求相应于这个小区间的部分量 的近似值（做这一步的时候，经常画出示意图帮助思考），如果能够找到 的形如 近似表达式（其中 为上的一个连续函数在点x 处的值， 为小区间的长度),那么就把 称为量 的元素并记做 ，即dx x f dU )(=以量 的元素作为被积表达式在 上进行积分，就得到所求量 的积分表达式：⎰badx x f )(例如求由两条曲线)(,)(21x f y x f y == (其中],[,21b a C f f ∈)及直线 b x a x ==, 所为成图形的面积A.容易看出面积元素dx x f x f DA |)()(|21-=于是得平面图形b x a x f y x f ≤≤≤≤,)()(21 的面积为⎰-=badx x f x f A |)()(|21采用微元法应注意一下两点：1）所求量 关于分布区间 具有代数可加性.2）)()(x o x x f U ∆=∆-∆对于前面所讲过的平面图形的面积、立体体积、曲线弧长相应的微元分别为：xy s x x S V xy S ∆'+≈∆∆≈∆∆≈∆21)(||二 旋转曲面的面积§5 定积分在物理中的某些应用(一) 教学目的：掌握定积分在物理中的应用的基本方法．(二) 教学内容：液体静压力；引力；功与平均功率．基本要求：(1)要求学生掌握求液体静压力、引力、功与平均功率的计算公式．(2) 较高要求：要求学生运用微元法导出求液体静压力、引力、功与平均功率的计算公式．(三) 教学建议：要求学生必须理解和会用求液体静压力、引力、功与平均功率的计算公式．——————————————————————————1 变力沿直线所作的功从物理学知道，如果物体在做直线运动的过程中受到常力F 作用，并且力F 的方向与物体运动的方向一致，那么，当物体移动了距离s 时,力F 对物体所作的功是 FS W =如果物体在运动过程中所受到的力是变化的，那么就遇到变力对物体作功的问题，下面通过例1说明如何计算变力所作的功例1 把一个带电量为 的点电荷放在 轴的原点 处，它产生一个电场，并对周围的电荷产生作用力，由物理学知道，如果有一个单位正电荷放在这个电场中距离原点 为 的地方，那么电场对它的作用力的大小为2r qk F =（ 是常数），如图，当这个单位正电荷在电场中从 处沿 轴移动到)(b a b r <=处时，计算电场力 对它所做得功.解 在上述移动过程中，电场对这个单位正电荷的作用力是不断变化的，取 为积分变量，它的变化区间为 ，在 上任取一小区间 ，当单位正电荷从 移动到时，电场力对它所作的功近似于dr r kq2，从而得功元素为于是所求的为例2 某水库的闸门形状为等腰梯形，它的两条底边各长10m 和6m,高为20m,较长的底边与水面相齐，计算闸门的一侧所受的水压力。
解 如图3.9.2 以闸门的长底边的中点为原点且铅直向下作 轴,取 为积分变量，它的变化范围为 .在 上任取一个小区间 ,闸门上相应于该小区间的窄条各点处所受到水的压强近似于)/(2m kN xg ,这窄条的长度近似为510x,高度为 ,因而这一窄条的一侧所受的水压力近似为这就是压力元素，于是所求的压力为例3 设有一根长度为 、线密度为 的均匀细直棒，在其中垂线上距棒 单位处有一质量为 的质点。
试计算该棒对质点 的引力解 取坐标系如图3.9.3所示，使棒位于 轴上，质点 位于 轴上，棒的中点为原点 ，取 为积分变量，它的变化区间为 。
在 上任取一小区间，把细直棒上相应于 的一段近似的看成质点，其质量为 ，与相距 ，因此可以按照两质点间的引力计算公式求出这段细直棒对质点 的引力 的大小为从而求出 在水平方向分力 的近似值，即细直棒对质点 的引力在水平方向分力x F 的元素为 2/322)(y a dyam k dF x +-=ρ于是得到引力在水平方向的分力为上式中的负号表示 指向 轴的负向，又由对称性知，引力在铅直方向分力为平均值内容概述：本节介绍函数的平均值求法学习时数：2学习目标：了解平均值的求法学习要点：函数的算术平均值、函数的加权平均值、函数的均方平均值学习基础：微积分基本定理函数的算术平均值在实际问题中，常常用一组数据的算术平均值来描述这组数据的概貌。
例如，对某一零件的长度进行次 测量，测得的值为 。
这时，可以用 的算术平均值作为这一零件的长度的近似值。
但是，在工程技术与自然科学中，有时还要考虑一个连续函数在区间 上所取得“一切值”的平均值。
例如求交流电在一个周期上的平均功率就是这样的例子。
下面就来讨论如何规定即计算连续函数 在区间 上的平均值。
先把区间 分成 等分，设分点为每个小区间的长度为)1,,2,1(-=-=∆n i n ab x i ，设在这些分点处 的函数值依次为 n y y y ,,,21 ，那么可以用n y y y ,,,21 的平均值来近似表达函数 在 上所取的"一切值"的平均值,如果 取的比较大,那么上述平均值就能比较确切地表达函数 在 上所取的"一切值"的平均值.因此自然地,我们就称极限为函数 在区间 上的算术平均值(简称平均值).现在因此得连续函数 在区间 上的平均值 等于函数 在区间 上的定积分除以区间 的长度 , 即(3.10.2)请读者注意我们是怎样从有限多个数值的算术平均值的概念出发,演化出连续函数在一个区间上的平均值的定义的,其中关键之举是使用了极限方法.函数的加权平均值我们以商业中的一个问题为例来讨论函数的加权平均.假设某商店销售某种商品,以每单位商品售价 元,销售了 各单位商品,调整价格后以每单位商品售价 元, 销售了 个单位商品. 那么,在整个销售过程中, 这种上平的平均售价为212211q q q p q p ++ (元)这种平均成为加权平均. 一般地设n y y y ,,,21 为实数, n k k k ,,,21 ,称为n y y y ,,,21 关于n k k k ,,,21 的加权平均值,其中n y y y ,,,21 称为资料数据n k k k ,,,21 称为权数. 当),,2,1(1n i k i == 时, 加权平均就是算术平均。
现在我们讨论连续变量的情形. 假设某商店销售某种商品, 在时间段 内, 该商品的售价与单位时间内的销售量都与时间有关. 如果已知在时刻 时, 售价 , 单位时间内的销售量 , 那么如何计算这种商品在时间段上的平均售价呢? 下面我们用元素法分析, 并且给出他的计算方法.在区间上任取一小区间 . 在这短暂的时间间隔内, 这种商品的售价近似于 , 销售的数量近似于 , 因此, 在这段短暂的时间间隔内, 销售这种商品所得到的收益近似于，这就是在这段时间内销售这种商品所得收益的元素于是, 在这段时间内销售这种商品的总收益与销售总量分别为⎰=2 1)( )(TTdttqtpR与⎰=21)(TTdt tqQ从而这段时间内这种商品的平均售价为一般地,如果 , , 且那么成为函数关于权数在区间上的加权平均值.若令 , 加权平均就变成了算术平均积分学的背景积分学的工作由求面积开始.早在古希腊时期，阿基米德就求过抛物线下的方形面积.我国刘徽的割圆术,也是同一思想.18世纪英国伟大的物理学家、数学家牛顿从运动学的角度出发创立了微积分学.他认为线是点连续运动的结果,运动质点的轨迹是一条曲线;变量就是量的连续运动,变量的无穷小增量为"瞬",他给出了求一个变量关于时间的瞬时变化率的普遍方法,并且证明了面积可以由求变化率的逆过程得到.与牛顿几乎是同时创立微积分的德国数学家莱布尼兹是从几何学的角度来考虑问题的.他很早就意识到,求曲线的切线的斜率依赖于纵坐标的差值与横坐标的差值之比，而求面积则依赖于在横坐标上无穷小区间的纵坐标之和或无限窄矩形之和.并且这种求差与求和的运算是互逆的.由此可知,莱布尼兹是将微分看承变量相邻无限小的差,而积分则是由变量分成无穷多微分之和.他引进了记号" "," "表示微分，" "表示积分， 和 是互逆定积分 问题1: 曲边梯形的面积 问题2:变速直线运动的路存在定理 广义积分定积分 的性质 定积分的计算法 牛顿-莱布尼茨公式 )()()(a F b F dx x f ba -=⎰定积分小结莱布尼兹 刘 辉的运算.莱布尼兹是历史上最伟大的符号数学家之一,他所创立的微积分符号对飞机粉的传播和发展产生了很大的影响，并且一直沿用至今.下面我们来看看微积分名称的由来.牛顿称微积分为流数法(fluxious),这个名称后来逐渐被淘汰了.莱布尼兹使用"差的计算"(Calculus differentialis)与"求和运算"(Calculus summatorius)的术语.莱布尼兹的朋友瑞士数学家约翰 伯努利主张把"求和运算"改为"求整运算",它就成为专门术语"积分学"(integral calcullus)的来源.两者合起来叫做微积分,英文里简称"Calculus",在本章和下一章里，我们分别来学习不定积分(Indefinite integral calculus)和定积分(Definite integral calculus)牛 顿（I.Newton 1642.12.25—1727.3.3）英国数学家和物理学家出生在一个农民家庭，出生前父亲就去世了，三岁时母亲改嫁，由外祖母抚养。
1661年入剑桥大学，1665年获学士学位，1668年获硕士学位。
由于他出色的成就，1669年巴鲁（Barrow ）把数学教授的职位让给年仅26岁的牛顿。