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在这个例题中,我们要计算函数y等于x平方在区间0到2上与x轴围成的面积。首先,我们确定被积函数是f(x)等于x平方,积分区间是从0到2。面积可以用定积分表示为从0到2对x平方进行积分。计算不定积分,得到x的三次方除以3加上常数C。应用牛顿-莱布尼茨公式,将上限2和下限0代入,得到2的三次方除以3减去0,即8/3。因此,曲线下的面积是8/3平方单位。
在这个例题中,我们要计算函数y等于x和y等于x平方在区间0到1上围成的面积。首先,我们确定两条曲线,f(x)等于x和g(x)等于x平方。然后,我们需要判断哪条曲线在上方。在区间0到1上,当x大于0且小于1时,x大于x平方,所以y等于x的直线在上方。面积可以用定积分表示为从0到1对上方曲线减去下方曲线进行积分,即从0到1对x减去x平方进行积分。计算不定积分,得到x平方除以2减去x的三次方除以3加上常数C。应用牛顿-莱布尼茨公式,将上限1和下限0代入,得到二分之一减去三分之一,即六分之一。因此,两条曲线之间的面积是六分之一平方单位。
在这个例题中,我们要计算函数y等于x在区间0到1上与x轴围成的区域绕x轴旋转一周形成的旋转体体积。首先,我们确定被旋转的函数f(x)等于x,积分区间是从0到1。要计算旋转体的体积,我们可以应用圆盘法。根据圆盘法,旋转体的体积等于π乘以从a到b对函数值的平方进行积分。代入我们的函数和区间,得到体积等于π乘以从0到1对x平方进行积分。计算不定积分,得到π乘以x的三次方除以3加上常数C。应用牛顿-莱布尼茨公式,将上限1和下限0代入,得到π乘以三分之一减去0,即π/3。因此,旋转体的体积是π/3立方单位。
在这个例题中,我们要计算将弹簧从0.6米拉伸到0.8米所做的功。已知弹簧的自然长度是0.5米,将它拉伸到0.7米需要10牛顿的力。首先,我们根据胡克定律F等于kx计算弹性系数k。代入已知条件,10等于k乘以0.2,解得k等于50牛顿每米。然后,我们确定位移范围。从0.6米拉伸到0.8米,相对于自然长度0.5米的位移是从x1等于0.1米到x2等于0.3米。变力做功可以用定积分表示为从x1到x2对力函数F(x)进行积分。代入我们的函数和位移范围,得到功等于从0.1到0.3对50x进行积分,即50乘以从0.1到0.3对x进行积分。计算不定积分,得到50乘以x平方除以2加上常数C。应用牛顿-莱布尼茨公式,将上限0.3和下限0.1代入,得到50乘以(0.045减去0.005),即2焦耳。因此,所做的功是2焦耳。
总结一下,定积分在实际问题中有广泛的应用。我们学习了四个典型例题:计算曲线下的面积,计算两条曲线之间的面积,计算旋转体的体积,以及计算变力做功。这些应用都遵循微元分析和累加求和的思想。首先,我们将问题分解为无数个微小的部分;然后,通过定积分将这些微小部分累加起来,得到整体的结果。在计算过程中,牛顿-莱布尼茨公式是一个关键工具,它使我们能够通过计算不定积分的上下限之差来求解定积分。通过这些例题,我们看到定积分不仅是数学中的重要概念,也是解决物理、工程等领域实际问题的有力工具。