曲边梯形及其面积

上一节通过某曲边图形的面积来解释定积分,其实这两者还是有一些区别:

  • 上一节提到的某曲边图形有一定的特殊性,在数学中也称为 曲边梯形
  • 曲边梯形的面积是通过定积分来定义的
  • 定积分可以为负数,所以定积分的内涵是更广泛的

下面是进一步的解释和细节。

1 曲边梯形及其面积
在区间上非负、连续。由直线所围成的图形称为 曲边梯形 ,其中曲线弧称为 曲边

比如上一节给出的某曲边图形就是曲边梯形,如下图所示。

由直线所围成的曲边梯形

设函数在区间上非负、连续,由直线所围成的曲边梯形的面积定义为函数在区间上的定积分,即:

如下图所示,曲边梯形可以通过很多小矩形来逼近。

通过很多小矩形来逼近曲边梯形

所以定义曲边梯形的面积为定积分,如下图所示。

定义曲边梯形的面积为定积分

2 定积分的正负

值得注意的是,曲边梯形的面积被定义为定积分,但定积分不是曲边梯形的面积,因为定积分可以为负数,这是由于被积函数有可能是小于。因此有如下定理:

,若函数在区间,则:

(1)如果有,那么

(2)如果有,那么

举例解释一下上述定理,如下图所示,

  • 在区间上有,那么,我们在下图中用蓝色表示,并标上“+”;
  • 在区间上有,那么,我们在下图中用红色表示,并标上“-”;

定积分正负的示意图

练习题 1 所围成的曲边梯形面积为: 对函数进行变形,可得:

所以是半径的圆的上半部分,因此围成的曲边梯形就是下图中的红色部分。

所围成的曲边梯形

所以该曲边梯形就是半径的圆的,所以其面积为:

练习题 2 请问的值为 围成的图形如下图所示,在非负、连续,所以这是曲边梯形。

所围成的曲边梯形

根据本节的解释可以知道,定积分就是该曲边梯形的面积,也就是上底为、下底为以及高为的梯形的面积,所以:

关注马同学
马同学高等数学
微信公众号:matongxue314