09.05定积分的几何应用
两条曲线夹出的料封面场景

定积分的几何应用 · 沉浸式数学故事

两条曲线夹出的料

钣金边料被两条曲线夹住:先找交点定边界,再逐条计算“上减下”;曲线若中途换位,账也必须跟着分段。

第 9 章 · 定积分及其应用 · 5 幕故事 · 1 个训练

两条曲线夹出的料:轮廓不方不圆,普通长乘宽失效了。

钣金工位 · 异形边料

轮廓不方不圆,普通长乘宽失效了。

上边界 y=f(x)、下边界 y=g(x) 围出一块异形材料。师傅要求先算净面积,再决定能否下料。

区域:g(x)≤y≤f(x)几何应用第一步不是积分,而是把区域画清。
两条曲线夹出的料:两条曲线在哪里会合,积分限就在哪里落笔。

先找交点

两条曲线在哪里会合,积分限就在哪里落笔。

联立 f(x)=g(x),得到左右交点 a、b。它们把封闭区域锁在区间 [a,b] 内。

f(x)=g(x) ⇒ x=a,b交点决定边界,不要从图上凭眼估计。
两条曲线夹出的料:每条竖片的高度,就是上函数减下函数。

窄条累计

每条竖片的高度,就是上函数减下函数。

在 x 处取宽为 dx 的窄条,面积近似为 [f(x)−g(x)]dx;全部累积得到曲边区域面积。

A=∫ₐᵇ[f(x)−g(x)]dx面积应非负,所以必须确认谁在上。
两条曲线夹出的料:曲线一旦交叉,同一条“上减下”就会记负账。

中途换位

曲线一旦交叉,同一条“上减下”就会记负账。

若区间内还有交点 c,就要在 c 处分段,分别判断上下关系;也可对差取绝对值。

A=∫ₐᶜ|f−g|dx+∫𝚌ᵇ|f−g|dx分段点来自边界关系改变。
两条曲线夹出的料:边料绕轴旋转,窄条扫出圆盘或圆环。

绕轴成形

边料绕轴旋转,窄条扫出圆盘或圆环。

外半径 R(x)、内半径 r(x) 对应圆环截面,累积后得到旋转体体积。

V=π∫ₐᵇ[R²(x)−r²(x)]dx面积用长度差,圆环体积用半径平方差。
两条曲线夹出的料训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

在 [a,b] 上始终有 f(x)≥g(x),两曲线之间的面积应写为?
再读一遍

互动实验 · 上曲线减下曲线∫[f − g]

夹在两条线之间,那块料有多大

两条曲线相交,围出中间一块区域。要量它,还是切竖条:每根条的高是"上曲线减下曲线"f(x)−g(x),宽是 Δx。把条全加起来,就是 A=∫ₐᵇ[f(x)−g(x)]dx。上下限 a、b 正是两曲线的交点。拖动分段数,看竖条填满这块透镜。

A = ∫₀⁵ [f(x) − g(x)] dx f 上g 下 a b