ch3-4定积分的应用
定积分的应用
定积分的应用定积分是微积分中的重要概念，它在数学和实际问题的解决中扮演着关键的角色。
本文将探讨定积分的应用，并结合实例详细说明其在解决各类问题中的重要作用。
一、定积分的概念定积分是微积分中的一种运算符号，表示在一定区间上的函数曲线与坐标轴所围成的面积。
通常用符号∫ 表示，即∫f(x)dx，其中f(x)为被积函数，dx表示积分变量。
定积分的结果是一个数值。
二、定积分的几何意义定积分的几何意义是曲线与坐标轴所围成的面积。
例如，我们可以通过计算函数曲线与x轴之间的面积来求取定积分。
这种面积计算方法可以应用于各种形状的曲线，包括折线、曲线、圆弧等。
三、定积分的物理应用定积分在物理学中有广泛的应用。
例如，当我们需要计算物体的质量、体积、位移、功等物理量时，可以通过定积分来进行计算。
定积分可以将一个连续变化的物理量表示为无限个微小变化的和，从而得到准确的结果。
四、定积分的经济学应用定积分在经济学领域也被广泛应用。
例如，当我们需要计算市场供求曲线下的固定区间所代表的消费者剩余或生产者剩余时，可以通过定积分来计算。
定积分可以将变化的价格和数量转化为面积，以方便计算。
五、定积分的工程应用在工程学中，定积分也具有重要的应用价值。
例如，在力学领域，当需要计算曲线所代表的力的作用效果时，可以通过定积分来计算。
定积分可以将一个连续变化的力量表示为无限个微小作用力的和，从而得到准确的结果。
六、定积分的统计学应用再一个例子的统计学领域中，定积分同样发挥着重要作用。
例如，在概率密度函数下计算所得的面积可以表示某一事件发生的概率。
定积分可以将一个连续变化的概率密度函数表示为无限个微小概率的和，从而得到准确的概率结果。
七、定积分的计算方法定积分的计算方法有多种，例如，常用的有牛顿-莱布尼茨公式、变量替换法、分部积分法等。
根据不同的问题和函数形式，选择合适的计算方法对于准确求解定积分非常关键。
八、结语定积分作为微积分中的重要概念，在各个领域中均得到了广泛的应用。
定积分的应用课件
液体静压力计算步骤
详细阐述液体静压力计算的步骤，包 括确定计算区域、选择坐标系、列出 被积函数等。
其他物理问题中定积分应用
引力计算
通过定积分求解质点系或连续体 之间的引力问题。
波动问题
将波动问题转化为定积分问题， 进而求解波动过程中的各种物理 量。
01
02
电场强度计算
利用定积分求解电荷分布连续体 所产生的电场强度。
消费者剩余和生产者剩余计算
消费者剩余计算
消费者剩余是消费者愿意支付的价格与实际支付价格之间的差额。在需求曲线和价格线之间的面积表示消费者 剩余，可以通过定积分计算。
生产者剩余计算
生产者剩余是生产者实际得到的价格与愿意接受的最低价格之间的差额。在供给曲线和价格线之间的面积表示 生产者剩余，同样可以通过定积分计算。
01
通过定积分求解绕x轴或y轴旋转一周所得旋转体的体积。
平行截面面积为已知的立体体积计算
02
利用定积分将立体划分为无数个平行截面，通过截面面积和高
度求解体积。
参数方程表示立体体积计算
03
将参数方程转化为普通函数形式，再利用定积分求解体积。
曲线弧长求解方法
1 2
直角坐标下曲线弧长计算
通过定积分求解曲线在直角坐标系下的弧长。
参数方程表示曲线弧长计算
将参数方程转化为普通函数形式，再利用定积分 求解弧长。
3
极坐标下曲线弧长计算
通过定积分求解曲线在极坐标系下的弧长。
03
定积分在物理学中应用
变力做功问题求解方法
微元法求解变力做功
通过将变力做功的过程划分为无数个微小的 元过程，每个元过程中力可视为恒力，从而 利用定积分求解变力做功。
定积分的应用
定积分的应用定积分是微积分中的重要内容之一，经常被应用于实际问题的解决中。
本文将从三个方面来论述定积分的应用。
一、定积分在几何中的应用首先，定积分可以用于求曲线下面的面积。
以 y=f(x) 为例，若f(x)>0，则曲线 y=f(x) 与 x 轴的两点 a、b 组成的图形的面积为S=∫baf(x)dx这时，可以将曲线 y=f(x) 分成许多小块，每块宽度为Δx，高度为 f(xi)，从而可以得到其面积为ΔS=f(xi)Δx因此，当Δx 趋于 0 时，所有小块的面积之和就等于图形的面积，即∑ΔS→S因此，用定积分就可以求出图形的面积。
其次，定积分还可以用于求旋转体的体积。
以曲线 y=f(x) 在 x 轴上旋转360°为例，其体积为V=π∫baf(x)^2dx这里，π为圆周率。
最后，定积分还可以用于求某些奇特图形的长、面积等等。
二、定积分在物理中的应用物理中也有许多问题可以通过定积分来解决。
比如，运动问题中的速度、加速度，可以通过位移的变化来求得。
若某运动物体的速度为 v(t)，则其位移 s(t) 为s(t)=∫v(t)dt同样，若某运动物体的加速度为 a(t)，速度为 v(t)，则其位移为s(t)=∫v(t)dt=∫a(t)dt最后，定积分还可以用于求密度、质量等物理量。
三、定积分在工程中的应用定积分在工程中的应用也非常广泛。
比如，在流体力学中，对于一条管道中的液体，可以通过惯性和重力等因素，求出其中液体的流量和压力。
而这些流量和压力可以通过定积分计算得出。
在电学中，电量、电荷、电流和电势等都可以通过定积分来求解。
在结构设计中，定积分也常常被用来计算约束力、杠杆比例等。
总之，定积分在几何、物理和工程等领域中都有着广泛应用。
熟练地掌握定积分的方法和应用，对于科学研究和实际问题的解决都有着非常积极的帮助。
定积分的应用课件
2 信号处理
定积分可以计算信号的功 率、频谱和通量。
3 流体力学
通过定积分可以计算流体 的压力、速度和流率。
定积分在地理学中的应用
地形测量
通过定积分可以计算地球表面和 地质构造的高程。
气象学
定积分可以计算气象参数在空气 层中的分布和变化。
人口地理学
通过定积分可以计算人口密度和 城市发展的空间格局。
将面积概念应用于实际场 景，如教室布置和园艺规 划。
3 面积游戏
通过面积游戏和竞赛激发 学生学习兴趣和动力。
和混合效果。
3
创意表达
定积分可以用于艺术家和设计师的创意 表达和构思。
定积分在社会科学中的应用
社会学
定积分可以用于计算人口统计数 据和社会发展指标。
心理学
通过定积分可以建模心理过程和 行为变化。
经济学
定积分可以用于经济模型和政策 的评估和预测。
小学生学习面积时的应用
1 绘图和标注
2 实际场景
通过绘制图形和标注边长， 引导学生进行面积计算。
3
经济增长
通过计算国民收入的定积分，可以评估经济的增长率。
定积分在生物学中的应用
种群动态
定积分可以计算物种数量和 种群生长率。
生态系统
通过定积分可以计算能量流 量和物质循环。
药物浓度
定积分可以计算药物在体内 的浓度和释放速率。
定积分在工程学中的应用
1 结构分析
定积分可以计算结构的强 度、刚度和变形。
定积分在计算机科学中的应用
1 图像处理
定积分可以计算图像的亮 度、对比度和边缘检测。
2 数据挖掘
通过计算定积分，可以评 估数据的分布和模式。
定积分的思想总结和应用
定积分的思想总结和应用定积分是微积分中的一个重要概念，它是求曲线和坐标轴之间的面积的方法。
在实际应用中，定积分有着广泛的应用，包括求面积、计算物体的质量、求解概率等。
首先，定积分的思想是将曲线和坐标轴之间的面积进行分割，并进行求和得到最终结果。
具体来说，我们可以将曲线分割成无穷小的小矩形，并计算每个小矩形的面积，然后将这些面积进行累加即可得到整个曲线和坐标轴之间的面积。
这就是定积分的基本思想。
其次，定积分的应用十分广泛。
一个最基本的应用就是求平面图形的面积。
例如，我们可以通过定积分来计算圆的面积、三角形的面积等。
具体来说，我们可以将这些图形进行分割，并计算每个小矩形的面积，然后进行累加即可得到图形的面积。
此外，定积分还可以用于计算物体的质量。
我们知道，物体的质量可以通过密度和体积来计算，而定积分可以帮助我们计算出物体的体积。
例如，我们可以将物体进行分割，并计算每个小矩形的体积，然后进行累加即可得到整个物体的体积。
再通过密度与体积的乘积，就可以求得物体的质量。
此外，定积分还可以应用于求解一些概率问题。
例如，我们可以通过定积分来计算概率密度函数下的概率。
具体来说，概率密度函数表示了某个随机变量落在某个区间的概率，而定积分可以将这个概率密度函数下的概率求解出来。
这在概率统计学中有着很重要的应用，例如求正态分布下某个区间的概率等。
此外，定积分还可以用于求解一些几何问题。
例如，我们可以通过定积分来计算曲线的弧长。
具体来说，我们可以将曲线进行分割，并计算每个小矩形的弧长，然后进行累加即可得到整个曲线的弧长。
这在几何学中有着很重要的应用，例如求解圆的弧长、椭圆弧的长度等。
总之，定积分是微积分中的一个重要概念，它的思想是将曲线和坐标轴之间的面积进行分割并进行求和。
在实际应用中，定积分有着广泛的应用，包括求面积、计算物体的质量、求解概率等。
通过定积分，我们可以解决一些实际问题，对于深入理解和应用微积分都具有重要意义。
定积分的基本性质及应用
定积分的基本性质及应用定积分是微积分的重要概念之一，它在数学和各个学科中都有广泛的应用。
本文将重点介绍定积分的基本性质和在实际问题中的应用，并且通过具体的例子来加深理解。
定义：定积分是对一个函数在闭区间上的加权平均值进行求和的过程。
在数学中，一个函数f(x)在[a, b]上的定积分表示为：∫(a to b) f(x) dx其中，∫代表求和的过程，a和b是积分的上下限，f(x)是被积函数。
基本性质：1. 线性性质：定积分具有线性性质，即对于任意两个函数f(x)和g(x)，以及任意的实数k，有以下等式成立：∫(a to b) (f(x) + g(x)) dx = ∫(a to b) f(x) dx + ∫(a to b) g(x) dx∫(a to b) k*f(x) dx = k * ∫(a to b) f(x) dx2. 区间可加性：如果一个函数在闭区间[a, b]上有定义，且在其中一个点c上可导，则该函数在[a, b]上的定积分等于该函数在子区间[a, c]和[c, b]上的定积分之和：∫(a to b) f(x) dx = ∫(a to c) f(x) dx + ∫(c to b) f(x) dx3. 积分中值定理：如果一个函数f(x)在闭区间[a, b]上连续，且在该区间内不恒为0，那么至少存在一个点c，使得：∫(a to b) f(x) dx = f(c) * (b - a)4. 边界性质：对于定积分∫(a to b) f(x) dx，当a等于b时，定积分的值为0。
若a小于b，则定积分的值为正数或负数，具体取决于函数f(x)在[a, b]上的正负性。
5. 非负性质：如果一个函数f(x)在闭区间[a, b]上连续且非负，那么定积分的值也是非负的。
应用：定积分在实际问题中有着广泛的应用，下面将介绍两个具体的应用。
1. 几何应用：定积分可以用于计算曲线与坐标轴之间的面积。
如果一个函数在闭区间[a, b]上非负，那么该函数与x轴围成的曲边梯形的面积可以通过定积分来计算：面积= ∫(a to b) f(x) dx同样的，若函数f(x)在闭区间[a, b]上非正，那么面积可以表示为定积分的绝对值。
定积分应用知识点总结
定积分应用知识点总结1. 定积分的概念定积分是微积分学中的一个重要概念，用于求解曲线下面积或者曲线围成图形的面积。
在实际问题中，定积分可以用来计算曲线与坐标轴之间的面积、质心、弧长、体积、工作、功等物理量。
2. 定积分的计算定积分的计算可以通过积分的定义或者牛顿-莱布尼茨公式来进行。
积分的定义是将一个曲线f(x)在区间[a,b]上分成无穷多段，每一段的面积为f(x)与x轴之间的面积的无限和，然后通过极限的方法求得。
而牛顿-莱布尼茨公式则是通过原函数的求导与积分的关系，直接求出定积分的值。
3. 定积分的性质定积分有很多重要的性质，包括线性性质、区间可加性、保号性等。
这些性质在定积分的计算和应用中起到了非常重要的作用，可以简化定积分的计算过程。
4. 定积分的应用定积分在实际问题中有着广泛的应用，例如可以用来求解曲线围成的图形的面积、计算质心、弧长、体积、工作、功等物理量。
在工程、物理、经济学等领域都有着重要的应用价值。
5. 定积分的计算技巧对于一些特定的函数，可以通过一些积分的技巧来简化定积分的计算，例如换元积分法、分部积分法等。
这些技巧可以帮助我们更快速、准确地求解定积分。
在实际问题中，我们经常会遇到需要利用定积分来计算一些物理量或者解决一些实际问题，下面我们通过一些实际例子来解释定积分的应用知识点。
1. 计算物体的质心在物理学中，质心是一个非常重要的概念，它可以帮助我们确定物体的平衡位置。
对于一个均匀密度的物体，我们可以通过定积分来计算它的质心位置。
假设物体在x轴上的密度分布函数为ρ(x)，则物体的质心位置可以通过如下公式计算得出：\[X=\frac{\int_{a}^{b}xρ(x)dx}{\int_{a}^{b}ρ(x)dx}\]其中，\(\int_{a}^{b}xρ(x)dx\)表示物体的动量矩，而\(\int_{a}^{b}ρ(x)dx\)表示物体的总质量。
通过这个公式，我们就可以求得物体的质心位置。
最新3-4定积分的应用
3-4定积分的应用
目的与要求 ❖理解微元法 ❖熟练掌握用定积分求平面图形的面积、
旋转物体的体积 ❖了解定积分在医药学上的应用．
思考题
微元法的实质是什么？
微元法的实质仍是 “和式”的极限.
y yf(x)
y
yf2(x)
o a xx x b x 曲边梯形的面积
yf1(x)
的 图 形 的 面 积 .
解 两曲线的交点
y x3 6x
y
x2
y x2
yx36x
( 0 , 0 )( ,2 , 4 )( 3 , , 9 ).
选 x为积分变量 x [ 2,3]
( 1 )x [ 2 ,0 ]d ,1 A (x 3 6 x x 2 )dx (2 )x [0 ,3 ],d2 A (x 2 x 3 6 x )dx
2
特别地,当曲边梯形的曲边由参数方程
x(t) y(t), (T1tT2)
给出时,则此曲边梯形的面积为:
AT2(t)(t)dt T1
其 中 T1和 T2是 对 应 于 曲 线 的 起 点 及 终 点 的 参 数 值 .
例 4 .求 椭 圆 x 2 y 2 1 ( a b ) 所 围 成 的 面 积 . a 2 b 2
解
椭圆的参数方程
x y
acost bsint
由对称性知总面积等于4倍第一象限部分面积．
a
A40
ydx40bsitnd(acot)s
2
4ab 02si2ntdta.b
二、旋转体的体积
旋转体就是由一个平面图形饶这平面内 一条直线旋转一周而成的立体，这直线叫做 旋转轴。
圆柱
圆锥
圆台
y
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取积分变量为x ，x [a,b]
考虑[x, x dx]
V b [ f ( x)]2d x a
y
y f (x)
o a x x dx b x
y
绕 y 轴旋转一周围成的立体体积时, 有
V d [( y)]2dy c
（小圆柱体法）
d y x (y) c
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12
A 3 | x3 6 x x2 | dx 2 0 ( x3 6 x x2 )dx 2
3
0
(x
2
x3
6 x )dx
253 . 12
y x2
y x3 6x
注：有时，将x与y交换角色，可将问题简化。
2 平行截面面积可以求得的立体体积
ox
22
例7 计算由椭圆
所围图形绕 x 轴旋转而
成的椭球体的体积. 解: 方法1 利用直角坐标方程
y b
o x ax
则 V 2 a y2 d x 0
2
b2 a2
a(a2 x2) d x
0
(利用对称性)
2
b2 a2
a
2
x
1 3
x3
a 0
4 ab2
3
面积.
解 由对称性知总面积=4倍 第一象限部分面积
A 4A1
A 4 4 0
1 a2 cos 2d
2
a2.
y x A1
2 a2 cos 2
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19
例 6 求心形线 r a(1 cos )所围平面图形
的面积(a 0).
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5
1、什么问题可以用定积分解决 ?
1) 所求量 U 是与区间[a , b]上的某分布 f (x) 有关的 一个整体量 ;
2) U 对区间 [a , b] 具有可加性 , 即可通过 “分割, 近似代替, 求和, 取极限”
表示为
定积分定义
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方法2 利用椭圆参数方程
则 V 2 a y2 d x 2 0
ab2 sin3t d t
2 ab2 2 1
3
4 ab2
3
特别当b
=
a
时,
就得半径为a
的球体的体积
4
3
a3
.
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13
例 3 计算由曲线 y2 2x和直线 y x 4所围
成的图形的面积.
解 两曲线的交点
y2 2x y x4
(2,2), (8,4).
y x4
y2 2x
选 y 为积分变量 y [2, 4]
dA y 4 y2 dy
a cos t bsin t
由对称性知总面积等于4倍第一象限部分面积．
a
0
A
40
ydx
4
b sin td(a cos t)
2
4ab 2 sin2 tdt ab. 0
当 a = b 时得圆面积公式
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（3） 极坐标情形
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（2）平行截面面积为已知的立体的体积
如果一个立体不是旋转体，但却知道该立 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.
A( x) 表示过点 o a x 且垂直于x 轴
x x dx b
x
的截面面积， A( x)为x 的已知连续函数
b
A a f ( x)dx
l
m 0 ( x)dx
变速直线运动中的位移 s T2 v(t)dt T1
定积分定义
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4
4.1 建立积分表达式的微元法 1、什么问题可以用定积分解决 ? 2、如何应用定积分解决问题 ?
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1
x
2
2
(
y
)dy
0
1
x
2
1
(
y
)dy
0
1
(
arcsin
y )2 dy
1(arcsin y)2dy
0
0
1
(
2
2
arcsin
y)dy
0
2 2 .
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旋转体体积:y f ( x)与x a, x b, x轴所围平面 图形绕y轴旋转一周所得的体积为
dV A( x)dx,
立体体积 V
b
A( x)dx.
a
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例 9 一平面经过半径为 R的圆柱体的底圆中
心，并与底面交成角 ，计算这平面截圆柱体所
得立体的体积.
解 取坐标系如图
R
底圆方程为
x2 y2 R2
o
y
x
R
x
垂直于x 轴的截面为直角三角形
求由曲线
及
在区间
围成的曲边扇形的面积 . 上任取小区间
则对应该小区间上曲边扇形面积的近似值为
d A 1 ( ) 2 d
2 所求曲边扇形的面积为
r ( ) d
A 1 2( )d 2
x
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18
例 5 求双纽线r 2 a2 cos 2 所围平面图形的
s
1 2
r 2
d
（3）参数方程
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36
2. 两种特殊立体的体积
1旋转体体积
y f ( x)与x a, x b, x轴所围平面
图形分别绕x轴和y轴旋转一周所得的
体积为
Vx
b y 2 ( x)dx
a
b
Vy 2 a x y( x)dx
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一般地 , 当曲边梯形的曲边由参数方程
给出时, 按顺时针方向规定起点和终点的参数值
则曲边梯形面积
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16
例4
求椭圆 x2 a2
y2 b2
1的面积.
解
椭圆的参数方程
x y
的图形的面积.
解 两曲线的交点
y x3 6x
y
x2
y x2
y x3 6x
(0,0), (2,4), (3,9).
选 x 为积分变量 x [2, 3]
(1) x [2, 0], x3 6x x2 (2) x [0,3], x2 x3 6x.
6
2、如何应用定积分解决问题 ?
第一步 利用“分割 , 近似代替” 求出局部量的
近似值
微分表达式
dU f (x)d x
第二步 利用“求和, 取极限 ” 求出整体量的
精确值
积分表达式
b
U a f (x) d x
这种分析方法称为元素法 (或微元分析法)
元素的几何形状常取为: 条, 带, 段, 环, 扇, 片, 壳 等
x y2
(0,0) (1,1)
y x2
选 x 为积分变量 x [0,1]
面积元素 dA ( x x2 )dx
A
1
0
(
x
x2 )dx
2 3
3
x2
x3 3
1 0
1. 3
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例 2 计算由曲线 y x3 6x和 y x2所围成
y( x)
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绕 y轴旋转的旋转体体积
x1( y) arcsin y
x2( y) arcsin y
y sin x (0 x )
1
Cx
xBy1((xy) )x
x2 (
A
y)
o
可看作平面图OABC 与OBC
分别绕y 轴旋转构成旋转体的体积之差.
Vy
y
y f2(x)
o a x x xb x 曲边梯形的面积
oa
y f1( x)
x x xb x
曲边梯形的面积
A
b
a
f
(
x)dx
A
b[ a
f
2
(
x
)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱf1( x)]dx
面积元素: dA f (x)dx, dA [ f2(x) f1(x)]dx.