西安航空职业技术学院课程教案封皮 14 讲 / 共 20

教学项目

定积分复习小结

授课地点

多媒体教室

授课形式

线下教学

学情分析

经过第8课至第13课共六个课时的系统学习,学生已经完成了定积分的全部教学内容:第8课学习了定积分的概念与性质——掌握了Riemann和的定义思想、定积分的线性性、区间可加性、保号性及估值定理等基本性质;第9课学习了微积分基本定理——掌握了积分上限函数及其导数公式、Newton-Leibniz公式这一连接微分与积分的核心桥梁;第10课学习了定积分的换元积分法——掌握了换元后同步改变积分上下限的关键操作;第11课学习了定积分的分部积分法——掌握了分部积分公式在定积分中的应用;第12课学习了定积分的几何应用——掌握了用定积分计算平面面积和旋转体体积的方法;第13课学习了广义积分——掌握了无穷限积分和瑕积分的定义及敛散性判别。

从第13课的课堂测验和课后作业反馈来看:(1)Newton-Leibniz公式的直接运用约85%的学生能够熟练掌握;(2)定积分换元法中“同步换限”的操作约75%的学生能正确完成,仍有部分学生换元后忘记改变上下限;(3)分部积分法在定积分中的应用约70%的学生掌握,主要困难在于代入上下限时容易计算出错;(4)几何应用中面积计算掌握较好(约80%),旋转体体积公式的选择和应用约65%的学生能正确操作;(5)广义积分的敛散性判别是薄弱环节,约60%的学生能正确判别和计算。

本节课作为定积分部分的复习小结课(讲练课),目标是:系统梳理定积分的完整知识体系,帮助学生建立从概念到计算到应用的清晰框架;通过综合例题训练,巩固各类定积分的计算技能和应用方法;查漏补缺,为下一章常微分方程的学习打下坚实的积分运算基础。

根据教学计划,本课时为第27-28学时。

教学目标

知识目标:

(1)系统回顾定积分的概念——Riemann和的极限定义 abf(x)dx=limn\toi=1nf(ξi)Δ xi,以及基本性质(线性性、区间可加性、保号性、估值定理);

(2)深刻理解微积分基本定理——积分上限函数的导数公式 [axf(t)dt]=f(x),以及Newton-Leibniz公式 abf(x)dx=F(b)-F(a)

(3)熟练掌握定积分的三种核心计算方法:直接用N-L公式、换元积分法(同步换限)、分部积分法(代入上下限),以及利用奇偶性简化计算的技巧;

(4)熟练运用定积分求解平面面积和旋转体体积等几何应用问题;

(5)正确理解并计算广义积分(无穷限积分和瑕积分),掌握敛散性的基本判别方法。

能力目标:

(1)培养面对定积分问题时“分析题型→选择方法→规范计算→验证结果”的系统解题能力;

(2)提升从实际几何问题中建立定积分模型的能力——能正确确定积分区间、被积函数和积分变量;

(3)培养综合运用多种积分方法解决问题的灵活切换能力。

素质目标:

(1)通过定积分知识体系的系统梳理,培养分类整理、归纳总结的学习能力;

(2)通过微积分基本定理的回顾,深化对微分与积分统一性的哲学认识;

(3)通过综合练习,增强学生的解题信心和知识系统化意识。

教学重点

1. Newton-Leibniz公式的熟练运用 N-L公式是定积分计算的核心工具,将积分转化为原函数在上下限的差值。复习的重点是巩固找原函数和代入上下限的操作,特别是对于复合函数的处理。

2. 定积分换元法的规范操作 换元后必须同步改变积分上下限,这是定积分换元法区别于不定积分换元法的关键。利用三角换元处理含有根式的积分是重点训练内容。

3. 定积分几何应用的建模方法 能根据几何问题的具体条件,正确选择积分公式(面积/体积),确定积分区间和被积函数。先画图、再建模、后计算的三步策略需要反复训练。

4. 广义积分的敛散性判别与计算 广义积分必须先用极限定义判断敛散性,不能直接套用N-L公式。无穷限积分和瑕积分的计算步骤需要重点巩固。

教学难点

及应对

难点:

1. 定积分换元法中积分限的正确变换——学生容易在换元后沿用原来的积分限,导致计算结果错误。特别是三角换元后,新的积分限需要通过反三角函数确定。

2. 几何应用中积分公式的正确选择——面对旋转体体积问题,学生需要判断是绕x轴还是绕y轴旋转,选择圆盘法还是壳法,并正确写出被积函数。

3. 广义积分中瑕点的识别——部分学生不能正确识别被积函数在积分区间内的无界点(瑕点),错误地将瑕积分当作普通定积分计算。

应对策略:

1. 换元法讲解时,强调“换元-换限”的配对操作,每道例题都标注新旧限的对应关系;

2. 几何应用题先画草图再建模,通过图形直观理解积分公式的几何含义;

3. 广义积分计算前,先检查被积函数在积分区间端点和内部的连续性,标注所有可能的瑕点,再选择正确的计算方法。

教学资源

多媒体课件(PPT)、板书

教学图片:定积分知识结构总图、计算方法对比表、几何应用公式汇总图、广义积分要点图、常见错误提醒图、知识衔接图

课堂练习题(配套习题)

教学方法

归纳法:总结定积分的概念、性质、计算方法和应用,形成完整知识框架

对比法:将N-L公式、换元法、分部积分法进行横向对比,突出各自特点和适用场景

讲练结合:每回顾一个知识模块立即配套练习,巩固方法的运用

图形辅助法:几何应用部分通过画图建模,培养直观理解能力

教学反思

本节课是定积分部分的复习小结课(讲练课),以知识梳理和综合练习为主。从课堂表现来看,学生对定积分计算方法的掌握经过系统训练后有了明显提升,特别是换元法的“同步换限”操作经过反复强调后正确率显著提高。几何应用的建模思路经过图形辅助教学后更加清晰。广义积分的敛散性判别通过专项训练得到了有效强化。下次课将开始常微分方程新章节的学习。

授课教师

(签字)

教研室主任

(签字)

教学单位审查意见

教学过程

主要教学内容及步骤

设计意图

第一节课

知识讲解(35 min)

一、复习回顾(5分钟)

【教师】同学们,从第8课到第13课,我们系统学习了定积分的全部核心内容。今天这节课是定积分章节的复习小结,我们将回顾全部内容,帮助大家建立完整的知识框架,重点训练计算能力和应用能力。

知识体系回顾:

定积分概念(第8课):定积分是Riemann和的极限——将区间[a,b]分割、取点、求和、取极限。基本性质包括线性性、区间可加性、保号性和估值定理。

微积分基本定理(第9课):积分上限函数的导数等于被积函数;Newton-Leibniz公式将定积分转化为原函数在上下限的差值,是定积分计算的核心工具。

计算方法(第10-11课):定积分的换元积分法(需同步换限)和分部积分法(需代入上下限),以及利用奇偶性、周期性简化计算的技巧。

几何应用(第12课):用定积分计算平面面积(直角坐标/极坐标)和旋转体体积(圆盘法/壳法)。

广义积分(第13课):无穷限积分和瑕积分的定义、计算和敛散性判别。

二、定积分概念与微积分基本定理复习(10分钟)

1. 定积分的定义:

abf(x)dx=limλ\to 0i=1nf(ξi)Δ xi

其中 λ=max(Δ x1,Δ x2,...,Δ xn)

定积分是一个确定的数值(不含任意常数),与积分变量的字母无关。

2. 基本性质回顾:

线性性:ab[α f(x)+β g(x)]dx=α abf(x)dx+β abg(x)dx

区间可加性:abf(x)dx=acf(x)dx+cbf(x)dx

保号性:若在[a,b]上 f(x)≥0,则 abf(x)dx 0

3. 微积分基本定理(核心桥梁):

积分上限函数的导数公式:

ddxaxf(t)dt=f(x)

Newton-Leibniz公式:

abf(x)dx=F(b)-F(a)

其中 F(x) 是 f(x) 的任意一个原函数。这个公式是定积分计算的基础。

三、定积分计算方法复习(10分钟)

方法一:直接用N-L公式

找到被积函数的原函数F(x),然后计算 F(b)-F(a)。

方法二:定积分换元法

关键操作:换元的同时必须改变积分上下限!

设 x=g(t),则 dx=g'(t)dt。当 x=a 时 t=α,当 x=b 时 t=β

abf(x)dx=αβf(g(t))g(t)dt

方法三:定积分分部积分法

abudv=uv|ab-abvdu

注意:uv|的上下限不能遗漏,每一项都要代入a和b。

技巧:利用奇偶性简化

在对称区间[-a, a]上:

(1)若 f(x) 为奇函数,则 ∫[-a,a] f(x)dx = 0;

(2)若 f(x) 为偶函数,则 -aaf(x)dx=20af(x)dx

四、计算方法综合例题(10分钟)

例1(N-L公式)

01(3x2+2x-1)dx

找原函数:F(x)=x3+x2-x

01(3x2+2x-1)dx=(x3+x2-x)|01=(1+1-1)-(0)=1

例2(换元法)

011-x2dx

令 x=sint,则 dx=costdt。

换限:x=0时 t=0,x=1时 t=π2

011-x2dx=0π21-sin2t costdt=0π2cos2tdt

利用降幂公式:cos2t=1+cos2t2

=120π2(1+cos2t)dt=12(t+sin2t2)|0π2=12 π2=π4

几何验证:该积分等于单位圆在第一象限的面积,即 π4

例3(分部积分法)

01xexdx

令 u=x,dv=e^xdx,则 du=dx,v=e^x。

01xexdx=xex|01-01exdx

=(1 e1-0 e0)-(ex|01)=e-(e-1)=1

例4(利用奇偶性)

-11(x3+x2+x+1)dx

将被积函数按奇偶性拆分:

奇函数部分 x3+x(在[-1,1]上积分为0),偶函数部分 x2+1

-11(x3+x2+x+1)dx=0+201(x2+1)dx=2(x33+x)|01=2 43=83

以知识结构总图开篇,帮助学生建立定积分知识体系的整体认知,明确复习范围和重点。

按照“概念→基本定理→计算方法”的逻辑顺序系统回顾,帮助学生理清知识脉络。

计算方法对比表(fig02)直观呈现四种方法的核心公式、关键步骤和注意事项,便于学生记忆。

例1-例4分别覆盖四种计算方法,每道例题先进行方法判别再求解,强化“分析题型→选择方法→规范计算”的解题习惯。

例2的换元法重点展示“换元-换限”的配对操作,并用几何意义验证结果。

课堂测验

10 min)

【教师】下面做两道练习题,检验定积分计算能力。

练习1:0π2sinxcosxdx

方法一(凑微分):令 u=sinx,du=cosxdx。换限:x=0时 u=0,x=π2时 u=1。

0π2sinxcosxdx=01udu=u22|01=12

方法二(二倍角):sinxcosx=sin2x2

=120π2sin2xdx=12(-cos2x2)|0π2=12 -(-1)+12=12

练习2:1exlnxdx

分部积分法。令 u=lnx,dv=xdx,则 du=1xdxv=x22

1exlnxdx=x22lnx|1e-1ex22 1xdx

=(e22 1-12 0)-121exdx

=e22-12 x22|1e=e22-12 e2-12=e22-e2-14=e2+14

【教师】讲评要点:(1)练习1展示了同一道题可以用不同方法求解——凑微分法和二倍角公式,殊途同归。(2)练习2是分部积分法的典型应用,注意 uv| 代入上下限时不要遗漏。

练习1训练定积分换元法的基本操作,同时展示一题多解的思路,培养灵活思维。

练习2训练分部积分法在定积分中的运用,重点检验代入上下限的正确性。

通过讲评强调方法选择的灵活性和计算的规范性。

第二节课

知识讲解

30 min)

五、定积分几何应用复习(12分钟)

1. 面积计算

直角坐标下两曲线围成区域的面积:

S=ab|f(x)-g(x)|dx

实际计算时,先确定谁在上谁在下(画图!),然后用“上减下”。

极坐标下的面积:

S=12αβr2(θ)dθ

2. 旋转体体积

绕x轴旋转(圆盘法):

Vx=π abf2(x)dx

绕y轴旋转(壳法):

Vy=2π abxf(x)dx

例5(面积计算)

求由 y=x2y=x 围成区域的面积。

先求交点:x2=x,得 x=0 和 x=1。在[0,1]上 x≥x²(上减下)。

S=01(x-x2)dx=(x22-x33)|01=12-13=16

例6(旋转体体积)

求由 y=x,y=0,x=1 围成区域绕x轴旋转所得旋转体的体积。

绕x轴旋转,用圆盘法:

Vx=π 01(x)2dx=π 01xdx=π x22|01=π2

六、广义积分复习(8分钟)

1. 无穷限积分

a+f(x)dx=limb\to +abf(x)dx

极限存在(有限值)则收敛,否则发散。

2. 瑕积分

若 f(x) 在 x=a 处无界(瑕点),则:

abf(x)dx=limε\to 0+a+εbf(x)dx

例7(无穷限积分)

判断 1+1x2dx 的敛散性并求值。

1+1x2dx=limb\to +1bx-2dx=limb\to +(-1x)|1b

=limb\to +(-1b+1)=1

极限存在,故该积分收敛,值为1。

例8(瑕积分)

判断 011xdx 的敛散性并求值。

分析:x=0 是瑕点(被积函数在x=0处无界)。

011xdx=limε\to 0+ε1x-12dx=limε\to 0+2x|ε1

=limε\to 0+(2-2ε)=2

极限存在,故该瑕积分收敛,值为2。

七、常见错误提醒(5分钟)

易错点1:换元后忘记改变积分上下限

定积分换元法与不定积分换元法的最大区别就在于:定积分换元后必须同步改变积分上下限。换限后不需要回代(结果直接是数值),这反而比不定积分更简单。

易错点2:面积计算未取绝对值

如果在某段区间上 f(x)<g(x)(即“上减下”为负),积分值为负数。而面积恒正,必须分段讨论,取绝对值后再相加。

易错点3:广义积分直接用N-L公式

广义积分必须先转化为极限形式,再判断极限是否存在。直接代入上下限可能得出错误结果(如忽略了瑕点导致的发散)。

易错点4:分部积分遗漏代入上下限

公式 abudv=uv|ab-abvdu 中,uv| 必须代入上下限,不能遗漏。

几何应用复习部分通过公式汇总图系统呈现面积和体积的计算公式,帮助学生建立清晰的分类体系。

例5和例6分别覆盖面积计算和旋转体体积,重点展示“先画图→确定积分区间→建立被积函数”的解题流程。

广义积分部分重点强调“先极限定义→再判断敛散”的正确操作流程。

例7和例8分别对应无穷限积分和瑕积分两种类型,展示完整的极限计算过程。

常见错误提醒帮助学生在后续练习和考试中避免典型错误,建立检查习惯。

课堂测验

10 min)

【教师】下面做两道综合练习,覆盖几何应用和广义积分。

练习3:求由 y=x2y=2x 围成区域绕x轴旋转所得旋转体的体积。

先求交点:x2=2x,得 x=0 和 x=2。在[0,2]上 2x x2

绕x轴旋转,两曲线围成区域的体积:

Vx=π 02[(2x)2-(x2)2]dx=π 02(4x2-x4)dx

=π(4x33-x55)|02=π(323-325)=π 6415=64π15

练习4:判断 1+1xdx 的敛散性。

1+1xdx=limb\to +1bx-12dx=limb\to +2x|1b

=limb\to +(2b-2)=+

极限不存在(趋向无穷),故该积分发散。

对比:1+1xpdx,当 p>1 时收敛,当 p≤1 时发散。

本题 p=1/2<1,故发散。例7中 p=2>1,故收敛。

【教师】讲评要点:(1)练习3需要注意两曲线围成区域绕x轴旋转时,体积公式用“外层平方减内层平方”,而不是“差的平方”。(2)练习4与例7对比,体现了p积分判别法的核心规则:p>1收敛,p≤1发散。

练习3训练两曲线围成区域绕轴旋转体积的计算,重点检验学生是否正确使用“外²-内²”公式。

练习4训练无穷限积分的敛散性判别,并与例7形成对比,巩固p积分判别法的记忆。

通过讲评强调体积公式和敛散性判别中的常见易错点。

课堂小结

5 min)

【教师】总结本节课的核心要点:

一、定积分知识体系——六大模块:

(1) 概念与性质(第8课):Riemann和的极限定义,线性性、区间可加性、保号性;

(2) 微积分基本定理(第9课):积分上限函数导数 [axf(t)dt]=f(x),N-L公式 abf(x)dx=F(b)-F(a)

(3) 换元积分法(第10课):换元时必须同步换限,不需要回代;

(4) 分部积分法(第11课):uv| 需代入上下限,选u选dv遵循“反对幂指三”口诀;

(5) 几何应用(第12课):面积(上减下)、旋转体体积(圆盘法/壳法);

(6) 广义积分(第13课):无穷限积分和瑕积分,核心思想“极限+定积分”。

二、核心解题策略:

分析题型 → 选择方法 → 规范计算 → 验证结果

关键检查点:换元是否换限?分部积分是否代限?面积是否为正?广义积分是否用了极限定义?

三、作业布置:

综合习题8题,覆盖所有知识模块:N-L公式直接计算2题、换元积分法1题、分部积分法1题、面积计算1题、旋转体体积1题、广义积分2题(无穷限和瑕积分各1题)。

四、预告:

下次课开始新章节——常微分方程。我们将学习微分方程的基本概念、阶、解、通解与特解,以及第一种求解方法:可分离变量方程。积分运算是求解微分方程的基本工具,今天复习的所有积分方法都将在微分方程中频繁使用,请大家务必牢固掌握。

请同学们预习教材中微分方程的基本概念部分,思考:什么是微分方程?微分方程中的“解”与代数方程中的“解”有什么区别?

以知识衔接图为核心,从六大模块系统总结定积分的完整知识体系。

精炼归纳每个模块的核心公式和注意事项,便于学生记忆和复习。

强调解题策略的核心流程和四个关键检查点。

分类布置综合作业,覆盖全部知识模块,确保练习的全面性。

预告下次课开始常微分方程新章节,强调积分学与微分方程的密切联系,帮助学生做好知识衔接的准备。

教学反思

本节课是定积分部分的复习小结课(讲练课),以知识梳理和综合练习为主。教学效果分析如下:

(1)知识全景回顾环节:通过知识结构总图展示定积分的完整知识体系,学生对从概念到应用的整体脉络有了更清晰的认识。将六个课时的内容按"概念→基本定理→计算方法→几何应用→广义积分"的逻辑主线串联,帮助学生理清了知识之间的内在联系。

(2)计算方法复习环节:计算方法对比表的横向对比教学效果良好。例1-例4分别覆盖N-L公式、换元法、分部积分法和利用奇偶性四种方法,学生完成度较高。其中N-L公式的直接运用(例1)完成率约90%,换元法(例2)约80%,分部积分法(例3)约75%,利用奇偶性(例4)约85%。

(3)课堂测验(第一节):练习1展示了一题两解的思路,帮助学生认识到不同方法可以殊途同归,增强了灵活运用的意识。练习2的分部积分法运用,约70%的学生能正确完成,主要失误在于代入上下限时计算出错。

(4)几何应用复习环节:通过公式汇总图系统呈现面积和体积的计算公式,帮助学生建立清晰的分类体系。例5的面积计算完成率约85%,例6的旋转体体积约75%。主要困难在于体积公式的选择——部分学生混淆圆盘法和壳法的适用场景。

(5)广义积分复习环节:例7和例8分别展示无穷限积分和瑕积分的完整计算过程。约70%的学生能正确完成例7,例8的瑕点识别仍有约25%的学生存在困难。通过p积分判别法的对比总结,学生对敛散性判别的认识更加清晰。

(6)课堂测验(第二节):练习3的旋转体体积约65%的学生正确完成,主要错误是将"外²-内²"误写为"(外-内)²"。练习4与例7的对比有效帮助学生巩固了p积分判别法。

(7)整体反思:本节课内容量较大,涵盖了定积分六个模块的完整复习。讲练结合的节奏把握总体合理,第一节课35分钟完成概念、基本定理和计算方法的系统复习,第二节课30分钟完成几何应用、广义积分的复习和易错点讲解,时间安排紧凑但可控。常见错误提醒图受到学生好评,帮助学生系统梳理了易错点。下节课将进入常微分方程新章节,需要提醒学生做好积分知识的巩固工作,因为微分方程的求解高度依赖积分运算能力。