人教A版高考数学理一轮汇总训练14积分与微积分基本定理.docx
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人教A版高考数学理一轮汇总训练14积分与微积分基本定理.docx
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人教A版高考数学理一轮汇总训练14积分与微积分基本定理
[备考方向要明了]
考什么
怎么考
1.了解定积分的实际背景,了解定积分的基本思想,了解定积分的概念.
2.了解微积分基本定理的含义.
1.考查形式多为选择题或填空题.
2.考查简单定积分的求解.如2012年江西T11等.
3.考查曲边梯形面积的求解.如2012年湖北T3,山东T15,上海T13等.
4.与几何概型相结合考查.如2012年福建T6等.
[归纳·知识整合]
1.定积分
(1)定积分的相关概念
在f(x)dx中,a,b分别叫做积分下限与积分上限,区间[a,b]叫做积分区间,f(x)叫做被积函数,x叫做积分变量,f(x)dx叫做被积式.
(2)定积分的几何意义
①当函数f(x)在区间[a,b]上恒为正时,定积分f(x)dx的几何意义是由直线x=a,x=b(a≠b),y=0和曲线y=f(x)所围成的曲边梯形的面积(左图中阴影部分).
②一般情况下,定积分f(x)dx的几何意义是介于x轴、曲线f(x)以及直线x=a,x=b之间的曲边梯形面积的代数和(右上图中阴影所示),其中在x轴上方的面积等于该区间上的积分值,在x轴下方的面积等于该区间上积分值的相反数.
(3)定积分的基本性质
①kf(x)dx=kf(x)dx.
②[f1(x)±f2(x)]dx=f1(x)dx±f2(x)dx.
③f(x)dx=f(x)dx+f(x)dx.
[探究] 1.若积分变量为t,则f(x)dx与f(t)dt是否相等?
提示:
相等.
2.一个函数的导数是唯一的,反过来导函数的原函数唯一吗?
提示:
一个函数的导数是唯一的,而导函数的原函数则有无穷多个,这些原函数之间都相差一个常数,在利用微积分基本定理求定积分时,只要找到被积函数的一个原函数即可,并且一般使用不含常数的原函数,这样有利于计算.
3.定积分[f(x)-g(x)]dx(f(x)>g(x))的几何意义是什么?
提示:
由直线x=a,x=b和曲线y=f(x),y=g(x)所围成的曲边梯形的面积.
2.微积分基本定理
如果f(x)是区间[a,b]上的连续函数,并且F′(x)=f(x),那么f(x)dx=F(b)-F(a),这个结论叫做微积分基本定理,又叫做牛顿—莱布尼兹公式.
为了方便,常把F(b)-F(a)记成F(x),即
f(x)dx=F(x)=F(b)-F(a).
[自测·牛刀小试]
1.dx等于( )
A.2ln2 B.-2ln2
C.-ln2D.ln2
解析:
选D dx=lnx=ln4-ln2=ln2.
2.(教材习题改编)一质点运动时速度和时间的关系为V(t)=t2-t+2,质点作直线运动,则此物体在时间[1,2]内的位移为( )
A.B.
C.D.
解析:
选A S=(t2-t+2)dt==.
3.(教材习题改编)直线x=0,x=2,y=0与曲线y=x2所围成的曲边梯形的面积为________.
解析:
x2dx=x3=.
答案:
4.(教材改编题)dx=________.
解析:
由定积分的几何意义可知,dx表示单位圆x2+y2=1在第一象限内部分的面积,所以
dx=π.
答案:
π
5.由曲线y=,直线y=-x+所围成的封闭图形的面积为________.
解析:
作出图象如图所示.解方程组可得交点为A,B,所以阴影部分的面积,
dx=
=-2ln2.
答案:
-2ln2
利用微积分基本定理求定积分
[例1] 利用微积分基本定理求下列定积分:
(1)(x2+2x+1)dx;
(2)(sinx-cosx)dx;
(3)x(x+1)dx;(4)dx;
(5)sin2dx.
[自主解答]
(1)(x2+2x+1)dx=x2dx+2xdx+1dx=+x2+x=.
(2)(sinx-cosx)dx
=sinxdx-cosxdx
=(-cosx)-sinx=2.
(3)x(x+1)dx=(x2+x)dx
=x2dx+xdx=x3+x2
=+=.
(4)dx=e2xdx+dx
=e2x+lnx=e4-e2+ln2-ln1
=e4-e2+ln2.
(5)sin2dx=dx
=dx-cosxdx
=x-sinx=-=.
———————————————————
求定积分的一般步骤
计算一些简单的定积分,解题的步骤是:
(1)把被积函数变形为幂函数、正弦函数、余弦函数、指数函数与常数的积的和或差;
(2)把定积分用定积分性质变形为求被积函数为上述函数的定积分;
(3)分别用求导公式找到一个相应的原函数;
(4)利用牛顿—莱布尼兹公式求出各个定积分的值;
(5)计算原始定积分的值.
1.求下列定积分:
(1)|x-1|dx;
(2)dx.
解:
(1)|x-1|=
故|x-1|dx=(1-x)dx+(x-1)dx
=+
=+=1.
(2)dx
=|sinx-cosx|dx=(cosx-sinx)dx+(sinx-cosx)dx
=(sinx+cosx)+(-cosx-sinx)
=-1+(-1+)=2-2.
利用定积分的几何意义求定积分
[例2] dx=________.
[自主解答] dx表示y=与x=0,x=1及y=0所围成的图形的面积.
由y=得(x-1)2+y2=1(y≥0),
又∵0≤x≤1,
∴y=与x=0,x=1及y=0所围成的图形为个圆,其面积为.
∴dx=.
在本例中,改变积分上限,求dx的值.
解:
dx表示圆(x-1)2+y2=1在第一象限内部分的面积,即半圆的面积,所以
dx=.
———————————————————
利用几何意义求定积分的方法
(1)当被积函数较为复杂,定积分很难直接求出时,可考虑用定积分的几何意义求定积分.
(2)利用定积分的几何意义,可通过图形中面积的大小关系来比较定积分值的大小.
2.(2013·福建模拟)已知函数f(x)=(cost-sint)dt(x>0),则f(x)的最大值为________.
解析:
因为f(x)=sindt
=cos=cos-cos
=sinx+cosx-1=sin-1≤-1,
当且仅当sin=1时,等号成立.
答案:
-1
利用定积分求平面图形的面积
[例3] (2012·山东高考)由曲线y=,直线y=x-2及y轴所围成的图形的面积为( )
A. B.4
C.D.6
[自主解答] 由y=及y=x-2可得,x=4,即两曲线交于点(4,2).由定积分的几何意义可知,由y=及y=x-2及y轴所围成的封闭图形面积为
(-x+2)dx==.
[答案] C
若将“y=x-2”改为“y=-x+2”,将“y轴”改为“x轴”,如何求解?
解:
如图所示,由y=及y=-x+2可得x=1.由定积分的几何意义可知,由y=,y=-x+2及x轴所围成的封闭图形的面积为f(x)dx=dx+(-x+2)dx=x+
=.
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利用定积分求曲边梯形面积的步骤
(1)画出曲线的草图.
(2)借助图形,确定被积函数,求出交点坐标,确定积分的上、下限.
(3)将“曲边梯形”的面积表示成若干个定积分的和或差.
(4)计算定积分,写出答案.
3.(2013·郑州模拟)如图,曲线y=x2和直线x=0,x=1,y=所围成的图形(阴影部分)的面积为( )
A. B.
C. D.
解析:
选D 由⇒x=或
x=-(舍),所以阴影部分面积
S=dx+dx
=+=.
定积分在物理中的应用
[例4] 列车以72km/h的速度行驶,当制动时列车获得加速度a=-0.4m/s2,问列车应在进站前多长时间,以及离车站多远处开始制动?
[自主解答] a=-0.4m/s2,v0=72km/h=20m/s.
设ts后的速度为v,则v=20-0.4t.
令v=0,即20-0.4t=0得t=50(s).
设列车由开始制动到停止所走过的路程为s,
则s=vdt=(20-0.4t)dt
=(20t-0.2t2)
=20×50-0.2×502=500(m),
即列车应在进站前50s和进站前500m处开始制动.
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1.变速直线运动问题
如果做变速直线运动的物体的速度v关于时间t的函数是v=v(t)(v(t)≥0),那么物体从时刻t=a到t=b所经过的路程为v(t)dt;如果做变速直线运动的物体的速度v关于时间t的函数是v=v(t)(v(t)≤0),那么物体从时刻t=a到t=b所经过的路程为-v(t)dt.
2.变力做功问题
物体在变力F(x)的作用下,沿与力F(x)相同方向从x=a到x=b所做的功为F(x)dx.
4.一物体在力F(x)=(单位:
N)的作用下沿与力F(x)相同的方向运动了4米,力F(x)做功为( )
A.44J B.46J
C.48JD.50J
解析:
选B 力F(x)做功为10dx+(3x+4)dx
=10x+
=20+26=46.
1个定理——微积分基本定理
由微积分基本定理可知求定积分的关键是求导函数的原函数,由此可知,求导与积分是互为逆运算.
3条性质——定积分的性质
(1)常数可提到积分号外;
(2)和差的积分等于积分的和差;
(3)积分可分段进行.
3个注意——定积分的计算应注意的问题
(1)若积分式子中有几个不同的参数,则必须分清谁是积分变量;
(2)定积分式子中隐含的条件是积分上限不小于积分下限;
(3)面积非负,而定积分的结果可以为负.
易误警示——利用定积分求平面图形的面积的易错点
[典例] (2012·上海高考)已知函数y=f(x)的图象是折线段ABC,其中A(0,0),B,C(1,0).函数y=xf(x)(0≤x≤1)的图象与x轴围成的图形的面积为________.
[解析] 由题意可得
f(x)=
所以y=xf(x)=
与x轴围成图形的面积为10x2dx+(10x-10x2)dx=x3+=.
[答案]
1.本题易写错图形面积与定积分间的关系而导致解题错误.
2.本题易弄错积分上、下限而导致解题错误,实质是解析几何的相关知识和运算能力不够致错.
3.解决利用定积分求平面图形的面积问题时,应处理好以下两个问题:
(1)熟悉常见曲线,能够正确作出图形,求出曲线交点,必要时能正确分割图形;
(2)准确确定被积函数和积分变量.
1.由曲线y=x2,y=x3围成的封闭图形面积为( )
A. B.
C. D.
解析:
选A 由得x=0或x=1,由图易知封闭图形的面积=(x2-x3)dx=-=.
2.(2012·山东高考)设a>0.若曲线y=与直线x=a,y=0所围成封闭图形的面积为a2,则a=________.
解析:
由题意dx=a2.
又′=,即x=a2,
即a=a2.所以a=.
答案:
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.dx=( )
A.lnx+ln2x B.-1
C.D.
解析:
选C dx==.
2.(2012·湖北高考)已知二次函数y=f(x)的图象如图所示,则它与x轴所围图形的面积为( )
A.B.
C.D.
解析:
选B 由题中图象易知f(x)
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