微积分(求面积)

如题所述


微积分的魔力在于揭示几何空间的隐秘维度,它像一把无形的尺子,丈量着曲线下的面积。让我们一起探索三种特殊的面积求解方式:


一、基础阴影区域

想象一下,当我们要测量阴影部分的面积,就像沿着[0,3]的函数曲线绘制一条看不见的边界。这个区域的面积,即该函数在这一区间上的积分,可以分解为两个独立的阴影区域之和:


对于图中的情形,阴影面积等于 ∫0^3 f(x) dx = (∫0^1 f(x) dx) + (∫1^2 f(x) dx)。关键在于理解哪些部分需要保留原函数,哪些需要取相反数。


二、翻转区域的特殊处理

当阴影区域被翻转时,我们不再是求有向面积,而是函数值的绝对值下的面积。例如,对于图中的第二个例子,绝对值符号的运用至关重要:


对于区间 [0,1],函数保持不变;而在 [1,2],我们需要加上负号,即 ∫0^1 f(x) dx + ∫1^2 (-f(x)) dx。识别翻转区间是这类问题的关键。


三、多函数区域的面积计算

当两条曲线 y = f(x) 和 y = g(x) 交叉时,我们要找到两者的“高差”。例如,如图所示,面积 I 可以表示为 ∫0^2 (f(x) - g(x)) dx。不过,如果区间变化,可能需要引入绝对值来处理曲线位置的转换。


总结公式为:


面积 = ∫区间 (|f(x) - g(x)|) dx


这需要我们准确判断哪条曲线在上方,哪条在下方。




最后,触及曲线与 y 轴的交界,我们面临的是曲线与 y=√x 之间的面积计算。常规方法是通过构建辅助图形,如正方形减去 √x 的积分,或是利用反函数的性质,将问题转化为不同定义域和值域的积分:


对于 y=√x 的曲线,我们可能需要先写出反函数的积分,比如 ∫0^4 (4 - y^2) dy。这里的图形倒置意味着我们要对原函数的值域进行调整,以适应新的定义域。


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