Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Method-Def_Int

.pdf
Скачиваний:
62
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
1.07 Mб
Скачать

Длина дуги кривой в полярной системе координат

В случае задания линии уравнением

 

 

 

в по-

 

лярной

 

 

 

системе координат (рисунок на странице 13),

 

 

 

 

 

длина участка АМВ кривой, ограниченного

 

 

 

 

 

полярными радиусами OB ( = ) и OA ( = )

 

 

 

 

 

точек B и A находится по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ( ) ( / ( ))2 d .

(11)

 

 

 

0

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 12. Вычислить длину кардиоиды

a 1 cos .

Решение. Построим кривую, как показано на рисунке. Поскольку она симметрична относительно полярной оси, то можно найти лишь длину верхней половины кривой от точки, лежащей на луче 0 до точки на луче и

затем удвоить результат. Так как / a sin и 0 , то

2 ( ) ( / ( ))2 a2 1 cos 2 a2 sin2a 2 1 cos a 4cos2 2 2a cos 2 .

 

 

 

d 8a sin

 

Следовательно, длина кардиоиды равна

2

2a cos

 

0

 

2

2

 

 

 

 

8a.

0

Среднее интегральное значение функции

Средним значением непрерывной функции f (x) на отрезке a;b называ-

ется число

fср

1

b

 

f (x)dx

(12)

b a

 

a

 

 

 

 

Пример 13. Определить среднее значение функции f (x) 3x на отрезке

0;1 .

21

 

 

 

1

1

 

 

3

x4 3

 

1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

fср

 

3 xdx

 

.

 

0

4

4

 

1

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка интеграла

На практике часто не требуется знать точное значение интеграла, а нужно знать лишь числа, между которыми находится его величина. Для этой цели используется свойство оценки значения определенного интеграла:

b

 

 

m(b a)

f (x)dx M (b a) ,

(13)

a

 

 

где m – наименьшее значение функции

f (x) на отрезке a;b , а М – наиболь-

шее еѐ значение на этом отрезке; (b a) - длина отрезка.

3

Пример 14. Оценить интеграл 3 x 3 dx , не вычисляя его.

1

Решение. Рассмотрим подынтегральную функцию f (x) 3 x3 на от-

резке 1;3 . Вычислим еѐ производную, получим, что

f '(x)

3

 

 

x2

 

0

на 1;3 .

2

 

 

 

 

 

3 x2

 

 

 

 

 

Из неравенства следует, что сама функция на данном отрезке монотонно воз-

растает. Следовательно, свое наибольшее и наименьшее значение она принима-

ет на концах отрезка 1;3 , т.е. m f (1)

 

 

 

 

 

4 2; M f (3)

30

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому, 4

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x 3 2 30 .

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объем тела вращения

 

 

 

Объем тела вращения находится по формулам:

 

 

 

b

 

b

 

 

 

 

 

Vx y 2 dx ( (x))2 dx ,

 

 

(14)

a

 

a

 

 

 

 

 

если криволинейная трапеция вращается вокруг оси OX и

22

 

d

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V y x 2 ( y)dy 2 ( y)dy ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если криволинейная трапеция вращается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вокруг оси OY.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 15. Вычислить объем тела,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образованного вращением вокруг оси OX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фигуры, ограниченной линиями y (x)

x 1, x 5; y 0 .

 

Решение. Построим сначала фигуру, исходя из условия задачи. Из чер-

тежа ясно, что это криволинейный треугольник, поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

2

 

5

 

x2

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vx y dx (x 1)dx

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

25

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

1

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения определенного интеграла в физике

Задача 1. Скорость движения точки 0,5t3 . Найти путь s , пройденный точкой за время t 8 сек после начала движения. Чему равна средняя скорость

движения точки?

Решение. Так как ds

(t) или

ds 0,5t3

ds 0,5t3dt

причем

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

8

 

4

8 512м; cp s

 

 

 

 

0 t 8. Поэтому

s 0,5t 3dt 0,5 t

 

512 64

м

.

 

0

4 0

t

8

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2. Конец трубы, погруженной горизонтально в

 

 

 

воду, может закрываться заслонкой. Определить

 

l

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

давление, испытываемое этой заслонкой, если еѐ

 

 

 

 

 

диаметр D=60 см, а центр находится на глубине

 

 

 

 

 

15 м под водой.

 

 

 

 

R

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

y

Решение. Заслонка представляет собой

 

 

 

 

 

 

 

 

круг. Выберем вертикальную полоску высотой

 

 

 

 

 

x на расстоянии x от центра круга, обозначим еѐ

 

 

 

 

23

длину буквой . Тогда площадь этой полоски равна

s * x ,

считая приближенно полоску прямоугольной. Это предположение тем точнее,

 

 

2

 

2

 

2

 

чем меньше высота полоски x . По теореме Пифагора имеем:

x

 

 

 

 

R

 

.

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Длина хорды, отстоящей на расстоянии х от центра круга равна:

2

R2 x 2 2

302 x 2 . Полоска такой длины находится на глубине

(1500 x)

(x 0

для верхней части круга, x 0 для нижней части круга). По-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

этому элементарная площадь полоски:

s 2 302 x 2 * x .

 

 

 

 

Элементарное давление воды на эту полоску на глубине (1500 x) равно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p g (1500 x) * s g (1500 x) * 2 302 x2 * x

 

Сила давления на весь круг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

P g (1500 x) * 2 302

x2 dx 1350000 g 4,16 1012

 

 

 

41,6атм.

 

 

 

 

см сек

2

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

xdx

 

 

1

 

xdx

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

 

 

 

;

 

 

 

 

;

xe xdx ;

xe x2 dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2 x2

0

1

x

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Найти площадь фигуры, ограниченной линями: y e2x ;

y log

2

x ; x 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

3.Найти площадь фигуры в полярной системе координат

asin 2 ; a const .

x 9cos t

4.Найти площадь фигуры, ограниченной линями , y 2 ( y 2) .

y 4sin t

5.Найти длину кривой y ln 7 ln x , 3 x 8 .

6.Найти длину дуги кривой в полярной системе координат 6(1 sin ) ,

0 .

2

24

 

 

 

 

 

2

 

 

7.Оценить интеграл

 

2 sin xdx .

 

0

 

 

8.Вычислить объем тела, получающегося при вращении параболы y2 4x во-

круг своей оси, ограниченного перпендикулярной к ней плоскостью и отстоя-

щей от вершины параболы на расстоянии, равном единице.

9.Скорость движения точки e 0,01t м

с

. Вычислить путь, пройденный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точкой от начала движения до полной остановки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

0

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

x

xdx

 

 

 

 

1.

x 1dx ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx ;

 

;

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

sin2 x

 

 

 

 

2

 

 

4

 

x 1

 

 

 

0 x2

2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Найти площадь фигуры, ограниченной линями y2 2x 1;

x y 1 0 .

3.Найти площадь фигуры, ограниченной кривыми в полярной системе коорди-

нат r cos ; r 2cos .

4.Найти площадь фигуры, ограниченной кривыми, заданными в параметриче-

x 3cos t

ском виде , y 4 ( y 4) .

y 8sin t

5.Найти длину дуги кривой y ln(x2 1) , 2 x 3.

6.Найти длину дуги кривой, заданной в параметрическом виде

 

t

(cos t sin t)

 

 

 

 

 

 

 

 

x e

, 0 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

y et (cos t sin t)

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

dx

 

 

7.Оценить интеграл, не вычисляя его

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

4 x2 x3

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

8.Вычислить объем тела вращения вокруг оси Х криволинейной трапеции, ог-

раниченной гиперболой y 1x , прямыми x 2, x 6 и осью ОХ.

25

9.Тело движется со скоростью e 0,01t м с . Определить закон движения тела,

если за 5 секунд оно прошло 105 м.

Вариант 3

3

 

 

8

 

xdx

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. x

x2 7dx ;

 

 

 

;

 

x cos xdx ; e x dx .

 

 

 

1

 

 

3

1 x

0

0

 

 

2.Вычислить площадь фигуры, заключенной между параболой y x2

4x 3

 

и касательной к ней в точках (0;-3) и (3;0).

 

 

 

 

3.Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривыми в полярной системе ко-

 

ординат r 2cos ;

r 4cos

 

 

 

 

4.Вычислить площадь фигуры, ограниченной астроидой, заданной в парамет-

 

 

 

3

t

 

 

 

 

x a cos

 

t 0).

 

 

рическом виде

 

 

, (в первом квадрате

 

 

 

y a sin3 t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Найти длину дуги кривой y 1 ln cos x , 0 x / 4.

 

 

 

 

 

 

 

x 5(t sin t)

 

6.Найти длину дуги кривой, заданной в параметрическом виде

 

,

 

 

 

 

 

y 5(1 cos t)

 

0 t .

3 sin x

7.Оценить интеграл, не вычисляя его dx .

x

4

8.Вычислить объем тела, полученного вращением около оси ОХ, плоской фигу-

ры, ограниченной кривой y х2

и прямой 2 y 3x 5 0 .

 

 

9.Скорость движения точки изменяется по закону (t) (3t2 2t 1)

м

. Вы-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

числить путь, пройденный точкой за 10 секунд от начала движения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

e 1

 

 

1. 9 sin2 3xdx ;

 

2 x

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

dx ;

 

 

 

;

ln(x 1)dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

0

1

 

x

1

 

1

 

0

 

 

26

2.Вычислить площадь фигуры, ограниченной параболами y x2 и y x

3.Найти площадь фигуры, ограниченной улиткой Паскаля в полярной системе координат r 2a(2 cos ) , a=const.

4.Вычислить площадь фигуры, ограниченной осью ОХ и одной аркой циклоиды

x a(t sin t)

 

 

 

 

 

 

 

cos t)

.

 

 

 

 

 

y a(1

 

 

 

 

 

 

5.Найти длину дуги кривой y ex 6 ,

 

 

 

 

 

(ln 8 x ln 15) .

6.Найти длину дуги кривой, заданной в параметрическом виде

 

3

t

 

 

 

 

 

 

x 8 cos

 

0 t

 

 

 

 

 

 

,

 

.

 

 

 

y 8sin3 t

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 2x 4dx .

7.Оценить интеграл, не вычисляя его

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

8.Вычислить объем тела, образованного вращением вокруг оси ОХ плоской фи-

гуры, ограниченной кривыми x2 y2 1 и y2

 

3

 

 

 

x .

 

 

 

2

 

9.Мгновенная скорость движения определяется в зависимости от времени фор-

мулой 1 t м с . Определить среднюю скорость движения за 10 секунд от начала движения.

Вариант 5

3

xdx

 

ln 2

 

 

3

 

 

ex 1dx ;

1.

;

 

ln(x 3)dx ;

x sin xdx .

 

(2 x)(x2 3)

2

 

0

 

 

0

0

2.Найти площадь фигуры, ограниченной кривой y ln x , осью ОХ и прямой x 6 .

3.Найти площадь, ограниченной кривой r 4 cos в полярной системе коор-

динат.

x 3cos t

4.Найти площадь фигуры, ограниченной кривыми , y 4 ( y 4) .

y 8sin t

27

5.Найти длину дуги кривой y ln cos x 2,

0 x

.

 

 

6

6.Найти длину дуги кривой, заданной в параметрическом виде

x 6(cos t sin t)

, 0 t .

 

 

 

 

 

 

 

y 6(sin t t cos t)

 

 

 

 

 

 

2

dx

 

 

 

7.Оценить интеграл, не вычисляя его

 

.

10 2 cos x

 

 

0

 

 

8.Вычислить объем тела, образованного вращением вокруг оси ОХ фигуры, ог-

1 1 1

раниченной осями координат и параболой x 2 y 2 a 2 . Предварительно най-

ти отрезок интегрирования путем вычисления точек пересечения кривой с ося-

ми координат.

9.Два тела начали двигаться одновременно из одной точки в одном направле-

нии вдоль прямой. Первое тело движется со скоростью (t) (6t2 2t)

м

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

второе – со скоростью (t) (4t 5) м

. На каком расстоянии друг от друга

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

они окажутся через 5 сек?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln5 ex

ex 1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. x2

x3 1dx ;

 

 

dx ; xarctgxdx ;

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

ex 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

1

1

x

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Вычислить площадь сегмента, отсекаемого от кривой y2 x3 x2 хордой

 

x 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривой r 1 cos .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 8(t sin t)

 

y 6

4.Вычислить площадь фигуры, ограниченной линями

 

 

6(1 cost)

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

( y 6) .

5.Найти длину дуги кривой y 1 ln cos x, 6 x 3.

28

6.Найти длину дуги кривой, заданной параметрическими уравнениями

x 3(t sin t)

y 3(1 cos t)

.

t 2

7.Найти средние значение функции f (x) cos2 x на отрезке 0 x . 8.Определить объем тела, образованного вращением вокруг оси OY фигуры,

ограниченной линиями

x2

 

y2

1,

y b, y b .

a 2

b2

 

 

 

 

 

9.Скорость движения точки (t) (12t2 3t) м

. Вычислить путь, пройден-

 

 

 

 

 

с

 

ный точкой от начала движения до еѐ остановки. Найти закон ускорения дви-

жения точки в зависимости от времени t .

Вариант 7

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

dx

 

6

3

 

1 x

 

xdx

1.

 

 

;

x sin2 xdx ;

 

 

dx ;

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

4

4 x 3

 

0

1

 

 

 

 

2 (x2 3)3

2.Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями 7x2 9 y 9 0 5x2 9 y 27 0 .

3.Найти площадь фигуры в полярной системе координат r 2sin 4 .

4.Найти площадь фигуры, ограниченной линиями

x 3cos t

 

и y 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

8sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

.

5.Найти длину дуги кривой y arcsin x 1 x2 ,

0 x

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 4(t sin t)

 

 

t

2

 

 

 

 

6.Найти длину дуги кривой

,

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 4(1 cos t)

 

2

 

3

 

 

 

 

и

( y 4) .

7.Вычислить среднее значение функции f (x)

 

1

 

на отрезке 0

x 1.

 

 

 

 

 

 

4 x2

 

 

 

 

 

8.Вычислить объем тела, образованного вращением фигуры, ограниченной линиями y ex 1, y 2, x 0 .

29

9.Вычислить силу давления воды на вертикальную треугольную пластинку с основанием b и высотой h , погруженную в воду так, что еѐ вершина лежит на

поверхности воды. Произвести расчет для h 9

и b 4 м, удельный вес жид-

кости .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 8

 

 

 

 

13

 

dx

 

 

2

2

2

xdx

1.

 

 

;

sin4 xdx ;

e2 x xdx ;

 

 

 

 

 

 

 

4 x 3

 

 

x 1

4

 

 

0

0

1

 

2.Найти площадь, заключенную между параболой y x2 2x 2 , касательной к ней в точке М (3;5) и осью ординат.

3.Найти площадь области, ограниченной кривой r a(1 cos ) и лежащей вне кривой r 3a cos .

x 9 cos t

 

y 2 ( y 2) .

4.Найти площадь фигуры, ограниченной линиями

,

y 4sin t

 

 

5.Найти длину дуги кривой y ln x , 5 x 15 .

x

6(cos t t sin t)

 

t .

6.Найти длину дуги параметрической кривой

6(sin t t cos t)

0

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Найти среднюю температуру стержня длины

2 2 , если распределение

температуры вдоль стержня имеет вид (x) x2 sin5x ,

 

x

 

 

 

 

2

 

2 .

8.Найти объем тела, образованного при вращении фигуры, ограниченной ли-

ниями y ex 1, y 2, x 0 вокруг оси OY.

9.Вычислить величину давления на полукруг радиуса R , вертикально погру-

женный в жидкость, если его диаметр лежит на свободной поверхности жидко-

сти. Принять удельный вес жидкости равным .

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 9

 

 

 

 

4

 

dx

 

 

2

dx

 

2

x

 

 

dx

1.

 

 

;

 

;

x arcctg

dx ;

 

4

 

 

4 cos2 t

 

x x3

x 5

2

5

 

 

0

 

1

 

1

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]