
- •Оглавление
- •§1. Неопределенный интеграл
- •1.1. Основные понятия неопределенного интеграла
- •1.2. Основные методы интегрирования Метод непосредственного интегрирования
- •Замена переменной
- •Интегрирование по частям
- •1.3. Интегрирование рациональных дробей
- •1.4. Интегрирование тригонометрических функций
- •1.5. Интегрирование иррациональных функций
- •1.6. Примеры интегралов, не выражающихся через элементарные функции
- •1.7. Задания для самопроверки №1
- •§2. Определенный интеграл
- •2.1. Основные понятия и методы решения определенного интеграла
- •1. Непосредственное интегрирование.
- •2.2. Приближенное вычисление определенного интеграла
- •Формула прямоугольников
- •. Формула трапеций
- •Формула парабол (формула Симпсона или квадратурная формула)
- •2.3. Несобственные интегралы
- •1. Несобственные интегралы первого рода
- •2. Несобственные интегралы второго рода (интеграл от разрывной функции)
- •2.4. Задания для самопроверки №2
- •2.5. Геометрические приложения определенного интеграла
- •2.6. Физические приложения определенного интеграла
- •2.7. Экономическое приложение определенного интеграла
- •2.8. Химические приложения определенного интеграла
- •2.9. Задания для самопроверки №3
- •2.10. Вопросы и предложения для самопроверки Неопределенный интеграл
- •Определенный интеграл
- •Применение определенного интеграла
- •Расчётно-графическая работа
- •Графики некоторых функций, заданных параметрически и в полярных координатах
- •Структура интегрального исчисления
2.6. Физические приложения определенного интеграла
Приведем в виде таблицы 9 физические приложения определенного интеграла. Таблица 9.
Вычислить |
Дано |
Формула | ||
Путь, пройденный телом |
v=v(t) – скорость материальной точки,
|
| ||
Работу переменной силы |
F – переменная сила,
S
– вектор перемещения точки,
|
| ||
Работу электродвигателя переменной мощности |
N(t)
– мощность в момент времени t,
|
| ||
Силу давления жидкости |
а) |
| ||
б) |
| |||
Для плоской линии | ||||
Массу |
|
| ||
Статические моменты |
| |||
Моменты инерции |
| |||
Координаты центра тяжести |
| |||
Для плоской фигуры | ||||
Массу |
|
| ||
Статические моменты |
| |||
Моменты инерции |
| |||
Координаты центра тяжести |
|
Примеры:
Цилиндр наполнен газом под атмосферным давлением (103,3 кПа). Считая газ идеальным, определить работу (в джоулях) при изотермическом сжатии газа поршнем, переместившимся внутрь цилиндра на
=0,2 м приH=0,4, R=0,1 м.
Решение:
Уравнение
состояния газа
,
где
– давление,
– объем.
Такая работа будет
вычисляться по следующей формуле:
.
Где
,
тогда
.
.
2. Найти статические
моменты относительно осей координат и
координаты центра тяжести однородной
(ρ=1) полуокружности
.
Решение:
Имеем
.
На основании формул :
Масса М
полуокружности
численно равна длине полуокружности
.
Находим координаты её центра тяжести:
.
Итак
3. Вычислить силу, с которой вода давит на плотину, имеющую форму равнобочной трапеции, верхнее основание которой a = 70 м, нижнее – b = 50 м, а высота H = 20 м. Плотность воды 1000 кг/м3.
Решение:
Выберем систему координат и сделаем изображение.
Координаты
точек А, В и С легко определяются из
чертежа: А(20; 10), В(20; 60), С(0; 70). Уравнение
линии ОА имеет вид
,
а уравнение линии ВС:
.
По
формуле расчета силу давления на
пластинку:
при
,
вычисляем.
(Н).
4. Найти
статические моменты и моменты инерции
относительно осей Ох
и Оу
дуги цепной линии y=ch(x)
при
(предполагается,
что кривая однородна и
).
Решение:
Имеем
,
.
Используя формулы из таблицы находим
.
.
.
.
Следовательно,
;
;
;
.
5.Найти
статистические моменты относительно
осей координат и координаты центра масс
однородной ()
полуокружности
.
Решение.
Имеем
.
На основании формул получим:
,
.
Масса
М полуокружности численно равна длине
полуокружности (),
поэтому по соответствующим формулам
находим координаты ее центра масс:
.
Получаем:
.
2.7. Экономическое приложение определенного интеграла
Приведем в виде таблицы 10 экономические приложения определенного интеграла.
Таблица 10.
Вычислить |
Формула |
Объем выпускаемой продукции за Т лет |
|
Дисконтированный доход К за время Т |
|
Среднее время tср, затраченное на изготовление одного изделия в период освоения от x1 до x2 изделий |
|
Примеры:
Найти объем продукции, произведенной за 4 года, если функция Кобба-Дугласа имеет вид
.
Решение.
По формуле вычисления объема выпускаемой продукции имеем
.
Используем
метод интегрирования по частям. Пусть
Тогда
Следовательно,
(усл.ед).
Определить дисконтированный доход за три года при процентной ставке 8%, если первоначальные (базовые) капиталовложения составили 10 млн. руб., и намечается ежегодно увеличивать капиталовложения на 1 млн. руб.
Решение.
Капиталовложения
задаются функцией
.
Тогда дисконтированная сумма
капиталовложений
.
Используем
метод интегрирования по частям. Пусть
Тогда
Следовательно,
(млн).
руб. Это означает, что для получения
одинаковой наращенной суммы через три
года ежегодные капиталовложения от 10
до 13 млн. руб. равносильны одновременным
первоначальным вложениям 30,5 млн.руб.
при той же, начисляемой непрерывно,
процентной ставке.
По данным исследований в распределении доходов в одной из стран кривая Лоренца ОВА (рис. ) может быть описана уравнением
, где х – доля населения, у – доля дохода населения. Вычислить коэффициент Джини.
Решение.
Коэффициент Джини, исходя из
изображения кривой Лоренца ОВА,
можно вычислить по формуле:
,
так как
.
Делаем замену
Поэтому
.
Достаточно высокое значение k показывает существенно неравномерное распределение доходов среди населения в рассматриваемой стране.
Найти среднее время, затраченное на освоение одного изделия в период освоения от х1=100 до х2=121 изделий, полагая а=600 (мин.), b=0,5.
Решение:
Используем формулу, получаем:
(мин.).