第29講 典型例題與練習參考解答:定積分的元素法與幾何應用

2021-02-26 考研競賽數學

【注】如果公式顯示不全,請在公式上左右滑動顯示!

練習1:計算由曲線

【參考解答】:兩曲線的交點為

【思路一】 視圍成的區域為簡單

【思路二】 視圍成的區域為簡單

練習2:計算拋物線

【參考解答】:容易計算得到兩曲線的交點為

【思路一】 選取

【思路二】 選取

【思路三】 用梯形的面積減去曲邊梯形

的面積. 於是有

練習3:求橢圓

【參考解答】:根據圖形的對稱性,橢圓所圍成的面積

利用橢圓的參數方程

應用定積分換元法,代入得

【注】

練習4:計算夾在兩曲線

【參考解答】:如下圖,依據圖形的對稱性,

知所求面積等於第一象限內部分圖形面積的2倍. 選取

練習5:計算阿基米德螺線

【參考解答】:所圍圖形為曲邊扇形,如下圖.

於是由極坐標系下的面積計算公式,得

練習6:求極坐標系下曲線

【參考解答】:兩曲線交點為

由於圖形的對稱性,因此有

練習7:一平面經過半徑為

【參考解答】:建立坐標系如下面三個圖形,對應三個思路.

【思路一】 以圖中直徑建立

故立體的體積為

【思路二】 以圖中半徑建立

故立體的體積為

【思路三】 以圖中半徑建立

所以截面部分的面積為

所以立體的體積為

練習8:兩個半徑為

【參考解答】:由對稱性,如下圖,畫出了該立體的

從而所求立體的體積為

練習9:計算由橢圓

【參考解答】:【思路一】 旋轉球體可看作由上半橢圓

【思路二】 利用橢圓參數方程. 由對稱性,第一象限內橢圓的參數方程為

故得體積為

【注】特別,當

練習12:求圓形區域

【參考解答】:如下圖所示.

上半圓的方程為

下半圓的方程為

【思路一】 由旋轉體體積計算公式,得

由於定積分

從而

【思路二】 由柱殼法,

【注】該旋轉體的形狀為一圓環胎,如下圖所示. 其體積等於

計算結果也可以變形為

此式反映了環體微元的另一種取法,截面為橫截面,高為圓弧

練習13:計算曲線

【參考解答】:由弧長計算公式,所求弧長為

練習15:計算阿基米德螺線

【參考解答】:由弧長計算公式,所求弧長為

練習16:求星形線

【參考解答】:根據對稱性,星形線的參數方程為

於是曲線段的長度為

練習17:設

【參考解答】:對等式兩端求導,得

由弧長計算公式,得

故曲面的側面積為

練習18:

【參考解答】:

由圖形對稱性可知

練習19:求曲線

【參考解答】: 由對稱性,在第一象限區域函數為

練習20:設平面圖形

【參考解答】: 選取

若選取

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