Нахождение площади фигуры
Помогите решить задание:
Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями:
1) y=x^2-x, y=0, x=0, x=2
2) y=4x^2/9 + 2 и y=2x^2/9 + 4
3) y=x^2 и y=1-x^2
4) y=1/x, x=1, x=3, y=0
1) y=x^2-x, y=0, x=0, x=2
Сначала найдем точки пересечения параболы y=x^2-x с осью y=0 (осью абсцисс):
x^2 - x = 0
x(x-1) = 0
x=0, x=1
Фигура, площадь которой нужно найти, состоит из двух частей:
от x=0 до x=1: график функции y=x^2-x лежит ниже оси абсцисс (y<=0)
от x=1 до x=2: график функции y=x^2-x лежит выше оси абсцисс (y>=0)
Поэтому площадь будет равна сумме двух интегралов:
S = ∫(от 0 до 1) |x^2-x| dx + ∫(от 1 до 2) (x^2-x) dx
= -∫(от 0 до 1) (x^2-x) dx + ∫(от 1 до 2) (x^2-x) dx
Вычисляем интегралы:
-∫(от 0 до 1) (x^2-x) dx = -[x^3/3 - x^2/2](от 0 до 1) = -(1/3 - 1/2) = 1/6
∫(от 1 до 2) (x^2-x) dx = [x^3/3 - x^2/2](от 1 до 2) = (8/3 - 2) - (1/3 - 1/2) = 7/3 - 3/2 = 5/6
S = 1/6 + 5/6 = 1
Ответ: 1
2) y=4x^2/9 + 2 и y=2x^2/9 + 4
Найдем точки пересечения парабол:
4x^2/9 + 2 = 2x^2/9 + 4
2x^2/9 = 2
x^2 = 9
x = -3, x = 3
На интервале от -3 до 3 график функции y=2x^2/9 + 4 лежит выше графика y=4x^2/9 + 2.
Площадь фигуры равна интегралу от разности функций:
S = ∫(от -3 до 3) ((2x^2/9 + 4) - (4x^2/9 + 2)) dx
= ∫(от -3 до 3) (2 - 2x^2/9) dx
Вычисляем интеграл:
∫(от -3 до 3) (2 - 2x^2/9) dx = [2x - 2x^3/27](от -3 до 3) = (6 - 2) - (-6 + 2) = 8
Ответ: 8
3) y=x^2 и y=1-x^2
Найдем точки пересечения парабол:
x^2 = 1 - x^2
2x^2 = 1
x^2 = 1/2
x = -1/√2, x = 1/√2
На интервале от -1/√2 до 1/√2 график функции y=1-x^2 лежит выше графика y=x^2.
Площадь фигуры равна интегралу от разности функций:
S = ∫(от -1/√2 до 1/√2) ((1-x^2) - x^2) dx
= ∫(от -1/√2 до 1/√2) (1 - 2x^2) dx
Вычисляем интеграл:
∫(от -1/√2 до 1/√2) (1 - 2x^2) dx = [x - 2x^3/3](от -1/√2 до 1/√2)
= (1/√2 - 2/(3 * 2√2)) - (-1/√2 + 2/(3 * 2√2))
= 2/√2 - 4/(6√2) = 2/√2 - 2/(3√2) = (6 - 4)/(3√2) = 2/(3√2) * √2/√2 = 2√2 / 6 = √2 / 3 * 2 = 2√2 / 3
Ответ: 2√2 / 3
4) y=1/x, x=1, x=3, y=0
На интервале от 1 до 3 график функции y=1/x лежит выше оси абсцисс (y=0).
Площадь фигуры равна интегралу:
S = ∫(от 1 до 3) (1/x) dx
Вычисляем интеграл:
∫(от 1 до 3) (1/x) dx = [ln|x|](от 1 до 3) = ln(3) - ln(1) = ln(3)
Ответ: ln(3)
Решим все задания по очереди:
1) y=x²-x, y=0, x=0, x=2
Площадь находится интегрированием:
S = ∫[0 до 2] (0 - (x²-x))dx = ∫[0 до 2] (-x²+x)dx
= [-x³/3 + x²/2]₀²
= (-8/3 + 2) - (0 + 0)
= -8/3 + 2
= -8/3 + 6/3
= -2/3
S = 2/3 кв.ед. (берем модуль)
2) y=4x²/9 + 2 и y=2x²/9 + 4
S = ∫(верхняя функция - нижняя функция)dx
S = ∫(4x²/9 + 2 - (2x²/9 + 4))dx
= ∫(2x²/9 - 2)dx
Найдем точки пересечения:
4x²/9 + 2 = 2x²/9 + 4
2x²/9 = 2
x² = 9
x = ±3
S = ∫[-3 до 3] (2x²/9 - 2)dx
= [2x³/27 - 2x]₋₃³
= (54/27 - 6) - (-54/27 + 6)
= 12
S = 12 кв.ед.
3) y=x² и y=1-x²
S = ∫(1-x² - x²)dx
Точки пересечения:
x² = 1-x²
2x² = 1
x = ±1/√2
S = ∫[-1/√2 до 1/√2] (1-2x²)dx
= [x - 2x³/3]₋₁/√₂¹/√²
= 2/3√2
4) y=1/x, x=1, x=3, y=0
S = ∫[1 до 3] (1/x)dx
= [ln|x|]₁³
= ln(3) - ln(1)
= ln(3)
Ответы:
1) 2/3 кв.ед.
2) 12 кв.ед.
3) 2/3√2 кв.ед.
4) ln(3) кв.ед.