Sari la conținut

Capitolul 17 · Lecția 17.2 din 2

Arii și volume cu ajutorul integralei

Aria subgraficului, aria dintre două curbe și volumul corpului de rotație.

Capitolul 17: Inducție matematică și aplicații ale integralei

Pe această pagină6 secțiuni

Aria subgraficului

Dacă f:[a,b]→Rf : [a,b] \to \mathbb{R} e continuă și pozitivă, aria dintre grafic și axa OxOx este:

A=∫abf(x) dx\mathcal{A} = \int_a^b f(x)\,dx

Exemplu: aria subgraficului lui f(x)=x2f(x) = x^2 pe [0,2][0,2]:

∫02x2 dx=x33∣02=83\int_0^2 x^2\,dx = \frac{x^3}{3}\bigg|_0^2 = \frac{8}{3}

Când funcția e negativă

Integrala unei funcții negative dă un număr negativ, dar aria e mereu pozitivă. În acest caz:

A=∣∫abf(x) dx∣=∫ab∣f(x)∣ dx\mathcal{A} = \left|\int_a^b f(x)\,dx\right| = \int_a^b |f(x)|\,dx

Dacă funcția schimbă semnul pe intervalul dat, integrala se rupe în bucăți, la rădăcini, și se ia modulul pe fiecare.

Pentru f(x)=xf(x) = x pe [−1,1][-1,1]: integrala e 0, pentru că bucățile se anulează, dar aria e 12+12=1\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{2} = 1.

Aria dintre două curbe

Dacă f(x)≥g(x)f(x) \ge g(x) pe [a,b][a,b]:

A=∫ab(f(x)−g(x)) dx\mathcal{A} = \int_a^b \big(f(x) - g(x)\big)\,dx

Se scade mereu funcția de jos din cea de sus. Limitele aa și bb sunt de regulă abscisele punctelor de intersecție, obținute rezolvând f(x)=g(x)f(x) = g(x).

Exemplu: aria dintre f(x)=xf(x) = x și g(x)=x2g(x) = x^2. Intersecțiile: x=x2x = x^2, deci x∈{0,1}x \in \{0, 1\}. Pe [0,1][0,1], x≥x2x \ge x^2, deci:

∫01(x−x2) dx=x22−x33∣01=12−13=16\int_0^1 (x - x^2)\,dx = \frac{x^2}{2} - \frac{x^3}{3}\bigg|_0^1 = \frac{1}{2} - \frac{1}{3} = \frac{1}{6}

Volumul corpului de rotație

Rotind subgraficul lui ff în jurul axei OxOx se obține un corp cu volumul:

V=π∫abf2(x) dxV = \pi \int_a^b f^2(x)\,dx

Atenție: funcția se ridică la pătrat, iar π\pi nu se uită. Sunt cele două greșeli cele mai frecvente.

Exemplu: f(x)=xf(x) = x pe [0,h][0, h] generează un con:

V=π∫0hx2 dx=π⋅h33V = \pi \int_0^h x^2\,dx = \pi \cdot \frac{h^3}{3}

Verificare cu formula cunoscută a conului, V=πR2h3V = \dfrac{\pi R^2 h}{3}: aici raza la capăt e R=hR = h, deci πh2⋅h3=πh33\dfrac{\pi h^2 \cdot h}{3} = \dfrac{\pi h^3}{3}. Coincide.

Verificare cu sfera

Sfera de rază RR se obține rotind f(x)=R2−x2f(x) = \sqrt{R^2 - x^2} pe [−R,R][-R, R]:

V=π∫−RR(R2−x2) dx=π(R2x−x33)∣−RR=π⋅4R33V = \pi \int_{-R}^{R} (R^2 - x^2)\,dx = \pi \left(R^2 x - \frac{x^3}{3}\right)\bigg|_{-R}^{R} = \pi \cdot \frac{4R^3}{3}

Adică exact 4πR33\dfrac{4\pi R^3}{3}, formula cunoscută. Faptul că integrala reproduce formulele din geometrie e o bună verificare a metodei.

Reține

Aria folosește ff, volumul folosește πf2\pi f^2. Dacă rezultatul unui volum nu conține π\pi, aproape sigur ai uitat constanta.

Greșeli frecvente

  1. Se calculează aria fără modul când funcția e negativă, și rezultă o arie negativă.
  2. Se uită să se ridice funcția la pătrat la volum.
  3. Se uită π\pi.
  4. La aria dintre curbe se scade invers, de unde rezultat negativ. Se scade funcția de jos din cea de sus.

Instrumente pentru lecția asta

Arii și corpuri de rotație

Alege o funcție și un interval, vezi aria subgraficului și corpul obținut prin rotirea ei în jurul axei Ox.

xya=0,0b=2,0
Aria subgraficului
2,667A = ∫ f(x) dx
Volumul corpului de rotație
20,106V = π ∫ f²(x) dx

Compară cele două numere. Volumul nu e aria înmulțită cu ceva simplu: funcția intră la pătrat, deci zonele unde graficul e înalt cântăresc mult mai mult. Pentru f(x) = x pe intervalul de la 0 la 3 volumul iese 9π, exact volumul conului cu raza 3 și înălțimea 3.

Explorează interactiv

Se încarcă instrumentul…

Bifează când ai terminat, ca s-o vezi citită pe toate dispozitivele.

Testează-te pe capitolul 17

Lecția în clipuri

Clipuri scurte, cu voce și subtitrări.

Folosim cookie-uri esențiale, fără de care site-ul nu merge, și cookie-uri de analiză anonimizate, ca să vedem ce pagini ajută. Detalii în politica de confidențialitate