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高等数学第六章

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定积分的应用


IP属地:山东来自Android客户端1楼2023-04-04 19:47回复
    第一节:定积分的元素法
    已知定积分对于求取求曲边梯形的面积具有很大的作用,我们会把定义域区间分成N个窄区域,用这N个区域与f(x)的乘积之和能求出曲边梯形的近似值,且N越大,即把区间分的越细,得出的结果越接近曲边梯形的面积。我们把f(x)dx称为面积元素,而把区间分成N个部分并能相加的性质称为函数在该区间上具有可加性。
    在解决实际问题中,如果所求量U满足以下条件,就可用定积分来表示U。(1)U是与x的变化区间[a,b]有关的量,(2)U对于区间[a,b]具有可加性,(3)部分量ΔU的近似值可以表达为f(xi)dx。
    用定积分表示U的步骤为:(1)根据情况,选取一个变量作为积分变量,并确定好变化区间[a,b],这里注意积分变量可以是x,y,t等等,并不只限于x,(2)把[a,b]分成n个区间,取其中一个区间[x,x+dx],求出关于这个小区间的部分量ΔU的近似值,例如dU=f(x)dx,这里也要注意,ΔU和dU之间存在一个比dx高阶的无穷小,(3)将f(x)dx作被积表达式,在区间[a,b]上作定积分,求U=∫ᵇₐf(x)dx。
    以上解题方法,就被称为定积分的元素法。


    IP属地:山东来自Android客户端2楼2023-04-04 20:02
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      第二节:定积分在几何学上的应用
      ①平面图形的面积
      (1)直角坐标情形
      不管是普通方程还是参数方程,我们都可以用f(x)dx或f(y)dy等代替所求量U(注意
      这里的x,y是积分变量,实际上t,n等等也可以作积分变量,视题目而定),最后求出面积。当出现两种函数图像相交形成的面积时,可以用[f(x)-g(x)]dx来求得,以此类推。
      (2)极坐标情形
      当出现曲线ρ=ρ(θ)时,我们可以考虑用小扇形的面积之和来求取总面积,扇形面积公式如下:A=1/2*R²*θ,各位应该也知道,这里的R指的就是ρ(θ),即可以用1/2*[ρ(θ)]²dθ来表示所求量U
      ②体积
      (1)旋转体的体积
      旋转体是一个平面图形绕平面内一条直线旋转一周而来的立体,这条直线叫作旋转轴。
      已知求面积是把图形看作是很多块矩形面积的和,那么求体积也可以看作是很多柱体体积的和,柱体的体积为πR²*h,如果旋转体是以x轴为旋转轴,那么可以把x的区间[a,b]分成n个部分,每一部分为dx,而求底面积则为π*f(x)²,因此体积元素dV=π[f(x)]²*dx,设dV为被积表达式,即可求出旋转体体积为V=∫ᵇₐπ[f(x)]²*dx
      (2)平行截面面积为已知的立体的体积
      如果题目中直接给出底面积A的函数A(x),那么我们可以直接得出体积V=∫ᵇₐA(x)dx(要注意无论柱体是圆柱还是扁柱,体积都是A*h
      ③平面曲线的弧长
      光滑曲线弧是可求长的。
      设曲线弧由参数方程给出,即x=Φ(t),y=Ψ(t),那么所求弧长为s=∫ᵇₐ√[Φ'²(t)+Ψ'²(t)]dt
      设曲线弧由直角坐标方程给出,则s=∫ᵇₐ√(1+y'²)dx
      设曲线弧由极坐标方程给出,即ρ=ρ(θ),则s=∫ᵇₐ√[ρ²(θ)+ρ'²(θ)]dθ


      IP属地:山东来自Android客户端3楼2023-04-04 20:32
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        注意,本章内容要建立在做题的基础上,以上理论能够帮助你更好地理解题目,切不可只记理论却不做题,无法在实践中培养数学思维,记再多理论也是徒劳的。


        IP属地:山东来自Android客户端4楼2023-04-04 20:33
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          第三节:定积分在物理学上的应用
          ①变力沿直线所作的功
          这里记一下公式,物体在做直线运动时,有一个不变的力F作用在该物体上,且这力的方向与物体的运动方向一致,那么物体移动了距离s时,力F对物体所做的功为W=F*s
          ②水压力
          在水深为h处的压强为p=ρgh,如果有一面积为A的平板水平地放置在h处,那么平板一侧受到的水压力为P=pA
          ③引力
          质量分别为m1,m2,相距为r的两质点间的引力大小为F=G(m1*m2)/r²,其中G为引力系数,引力方向沿着两质点的方向


          IP属地:山东来自Android客户端5楼2023-04-04 20:39
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