- •Практикум з вищої математики. Визначений інтеграл та його застосування
- •1. Визначений інтеграл та його властивості
- •1.1. Означення визначеного інтеграла
- •1.2. Основні властивості визначеного інтеграла Властивості, що виражаються рівностями
- •Властивості, що виражаються нерівностями
- •2. Інтеграл зі змінною верхньою межею. Формула ньютона-лейбниця
- •3. Методи обчислення визначених інтегралів
- •3.1. Метод заміни змінної (підстановки)
- •3.1.1. Підстановка
- •3.1.2. Підстановка
- •2) ; 3).
- •3.1.3. Інтегрування по симетричному проміжку
- •4.1.2. Параметричне задання кривої
- •4.1.3 Задання кривої в полярній системі координат
- •4.2.Обчислення довжин дуг кривих
- •4.2.1.Декартова система координат
- •4.2.2. Параметричне задання кривої
- •4.2.3. Задання кривої в полярній системі координат
- •4.3. Обчислення об’ємів тіл обертання
- •4.3.1 Декартова система координат
- •4.4. Обчислення площ поверхонь тіл обертання
- •1. Якщо криву задано рівняннями в параметричній формі:
- •5. Застосування визначеного інтеграла до розв’язання прикладних задач
- •5.1. Загальна схема застосування визначеного інтеграла
- •5.2. Задача про пройдений шлях
- •5.3. Задача про масу неоднорідного стержня і координати центра мас
- •5.4. Задача про роботу змінні сили
- •6. Завдання для самостійної роботи
- •Варіант 1
- •Практикум з вищої математики.
4.1.2. Параметричне задання кривої
Площа криволінійної трапеції, обмеженої кривою з параметричними рівняннями

де
є неперервними функціями на відрізку
,
обчислюється за формулою
(4.7)
Межі
інтегрування
і
знаходяться як корні рівнянь:
![]()
Приклад 4.5. Знайти площу фігури, обмеженої однією аркою циклоїди

Розв’язання:
Першу арку циклоїди матимемо при зміні
параметра t
від 0 до
.
Складемо таблицю значень
і
:
|
t |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
0 |
0,16 |
1,14 |
3,3 |
6,28 |
9,26 |
11,42 |
12,40 |
12,56 |
|
y |
0 |
0,59 |
2 |
3,41 |
4 |
3,41 |
2 |
0,59 |
0 |
![]()
За знайденими значеннями побудуємо криву

Рис. 12
Скористуємось формулою (4.7).

Приклад
4.6.
Знайти площу фігури, обмеженої кривою

Розв’язання.
Дослідимо криву. Оскільки
![]()
,
то криву розташовано симетрично відносно
осіОх.
Складемо таблицю значень t, x, y.
|
t |
–2 |
|
–1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
x |
–3 |
|
0 |
|
|
|
|
|
–3 |
|
y |
6 |
|
0 |
|
|
|
|
|
–6 |
При
![]()
При
![]()
Побудуємо криву за знайденими значеннями.

Рис. 13
Площа петлі одержаної кривої

4.1.3 Задання кривої в полярній системі координат
Площа
криволінійного сектора (рис. 14), обмеженого
дугою кривої
,
де
– неперервна функція, а також відрізками
променів
у полярних координатах виражається
формулою (4.8):
A
(4.8)
Рис. 14
Приклад
4.7.
Знайти площу фігури, обмеженої лемніскатою
Бернуллі:
.
Розв’язання.
Оскільки
,
то
.
Знайдемо ті значення
,
для яких виконується ця нерівність.

.
При

при

при
– зроблено повний зворот, і значення
функції повторюються.
Отже

Складемо
таблицю значень
для
(
як відстань від
точки
кривої до полюса):
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
0 |
|
|
3 |
|
2,52 |
2,12 |
0 |
Побудуємо
графік кривої, враховуючи симетрію
відносно координатних осей (в силу
парності та
– періодичності функції
):

Рис. 15

Приклад
4.8.
Знайти площу фігури, обмеженої
чотирипелюстковою розою
![]()
Розв’язання

Рис. 16
Знайдемо
такі значення кута
,
за яких крива
існує. Оскільки
– це відстань від точки кривої до полюса,
то
.
Тому

При:




–зроблено
повний зворот, і значення функції
повторюється.
Функція
зростає, коли
,
і спадає, коли
.
Функція
має період
.
Тому крива у кожному з проміжков
одержується з кривої, розташованої у
зворотом на
,
відповідно. Виконаємо рисунок (рис. 16).
Щоб знайти площу фігури, яка обмежена
кривою,
,
достатньо обчислити площу пелюстка,
розташованого в
,
а потім цей результат помножити на 4.

4.2.Обчислення довжин дуг кривих
4.2.1.Декартова система координат
Якщо
криву задано рівняннями
,
де
є неперервними функціями на відрізку
,
то довжина дуги цієї кривої, що міститься
між прямими
обчислюється за формулою (4.9)



Рис. 17
Приклад
4.9.
Знайти довжину дуги кривої
від точки А(1;2) до точки В (4;4).
Розв’язання.
Рівняння
кривої задано у декартовій системі
координат. Функція
є визначеною і неперервною разом із
своєю похідною
на відрізку
.
Тому можна застосувати формулу (4.9).

Рис. 18
Складемо
вираз
=



![]()
Приклад
4.10.
Знайти довжину дуги кривої
від точки з абсцисою
до точки з абсцисою
.
Розв’язання

![]()
![]()
![]()
Рис. 19
Знайдемо
похідну

Обчислимо
вираз


Застосуємо формулу (4.9)

