定积分的5大几何应用和4 大物理应用
上下(曲)原函横(绕X 轴旋转)面积(纵周长),
左右(曲)反函横周长(纵面积);
两轴轮换形(心)
除外,
平移(轴)双函识减符。
一、5大几何应用
1.1 平面图形的面积应用
称为左右曲不相交图形
[]()()
d
c
S y y dy ψϕ⇒=-⎰,
称为上下曲相交图形
既然是定积分应用,当然积分方向以常数区间为准。
对上下曲不相交图形,被积函数为上原函数减去下原函数(远减近),对左右曲不相交图形,被积函数为右反函数减去下反函数(远减近),对于相交图形则为远减近的绝对值,画图以面积所在的位置定正负。
1.2 平面曲线的弧长
1.3 旋转体积。
如果旋转轴为平行于x 或y 的直线,比
如上下曲绕x t =,如t 在两曲线的上方,则旋转的体积,则计算如下(其余类推): 设()11y f x =为离旋转轴的近曲线,()22y f x =为离旋转轴的远曲线,则体积元及体积为: 形象记忆法:上述公式靠死记是不行的,时间长了必会混淆,但你仔细观察一下有规律: 上下曲绕x 及其平行轴和上下曲绕y 及其平行轴利用圆面积,其余情形用圆的周长。
而且上下曲,定积分方向为x ,左右曲为y ,这是定积分要求的;x V 和y V 在形式上满足“导数”关系;还有个特征就是x ,y 是交替出现的,如[]212()()b
y a
V x f x f x dx π=-⎰中y V x →,而
()()2d
x c
V y y y d y πψϕ=-⎡⎤⎣⎦⎰中
x V y →。
1.4 旋转体的侧面积(对于上下曲图形) 形象记忆法:x ,y 交替出现。
1.5 形心(重点)
质心是针对实物体而言的,而形心是针对抽象几何体而言的,对于密度均匀的实物体,质心和形心是重合的。
● 曲线形心(在多元函数积分应用时,还有平面和图形和空间图形的形心问题,请对照。
)
静力矩定义:
形心坐标
对质心只要在每项积分中加入线密度为()x λ即可,当()x λ=常数,即几何体均匀时, 质心与形心完全重合,上述公式通用,下同。
上述形心公式与旋转体的侧面积联系起来,便得到:
●面密度为σ的均匀平面薄板的形心(上下曲型)
对质心只要在每项积分中加入密度函数即可。
上述形心公式与旋转体的体积积联系起来,便得到:
二、4大物理应用(物理应用=几何应用+物理定理)
2.1压力或浮力问题(以球形物体受到的水压为例)
2.2引力(万有引力或电场力)问题
0,a处例如在x轴上有一根长为l,均匀质量密度为λ的木棒,中心放在原点,在y轴上()有一个单位质点,则万有引力计算如下:
0, a处又如在x轴上有一根长为l,均匀电荷密度为λ的木棒,中心放在原点,在y轴上()有一个单位电荷,则电场力计算如下:
2.3 做功问题
2.4 质心问题。