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曲線下面積

高中 12 年級 · 微積分

觀念

xyy = x² − 4-22面積 32/3-2-112-4-224O

定積分的幾何意義是「曲線與 xx 軸之間的有號面積」:曲線在上方為正、下方為負。求面積時先找交點決定積分範圍,曲線在 xx 軸下方要取絕對值;兩曲線之間的面積是 ∫(上−下)dx\int(\text{上}-\text{下})dx。

例:y=x2−4y=x^2-4 與 xx 軸:交點 ±2\pm2,面積 =∣∫−22(x2−4)dx∣=323=\left|\int_{-2}^{2}(x^2-4)dx\right|=\dfrac{32}{3}。拋物線與直線圍出的面積有捷徑 ∣a∣(β−α)36\dfrac{|a|(\beta-\alpha)^3}{6}。

面積是積分最直觀的應用,體積、弧長、機率(密度曲線下面積)都是它的延伸。

例題

xy-3?-4-3-2-11-4-3-2-112O

求拋物線 y=x2+3xy = x^{2}+3x 與 xx 軸所圍區域的面積(可為最簡分數)。

看解法與答案

先找交點:x2+3x=(x+3)(x)=0⇒x=−3,0x^{2}+3x = (x+3)(x) = 0 \Rightarrow x = -3, 0。拋物線在兩根之間在 x 軸下方,面積取積分的絕對值。

反導函數 F(x)=13x3+32x2F(x) = \frac{1}{3}x^{3}+\frac{3}{2}x^{2}。F(0)=(13)(0)3+(32)(0)2=0F(0) = \left(\frac{1}{3}\right)(0)^{3} + \left(\frac{3}{2}\right)(0)^{2} = 0。

F(−3)=(13)(−3)3+(32)(−3)2=−9+272=92F(-3) = \left(\frac{1}{3}\right)(-3)^{3} + \left(\frac{3}{2}\right)(-3)^{2} = -9 + \frac{27}{2} = \frac{9}{2}。

積分 =0−(92)=−92= 0 - (\frac{9}{2}) = -\frac{9}{2},面積 =92= \frac{9}{2}。(驗算:公式 ∣a∣(β−α)36\dfrac{|a|(\beta - \alpha)^3}{6},這裡 ∣a∣=1|a| = 1:276=92\dfrac{27}{6} = \frac{9}{2}。)

答案: 92\frac{9}{2}

用在哪裡

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