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2016考研數(shù)學(xué):高等數(shù)學(xué)中定積分應(yīng)用解析

發(fā)布時間:2017-04-25 編輯:bin

  定積分的應(yīng)用是考試的重點內(nèi)容,針對這部分重要內(nèi)容進行一下深度解析,萬學(xué)海文在此幫助考生分析一下定積分應(yīng)用的命題規(guī)律。

  定積分的應(yīng)用主要是以微元法為基礎(chǔ),而微元法又是以定積分的定義為基礎(chǔ)。所以,分割、近似、求和、取極限是計算一些幾何量和物理量的指導(dǎo)思想。

  定積分及其應(yīng)用這部分內(nèi)容在歷年真題的考察中形式多樣,可以以客觀題的形式出現(xiàn),也可以在解答題中出現(xiàn),并且經(jīng)常與其它知識點綜合起來考察,比如與極限、導(dǎo)數(shù)、微分中值定理、極值等知識點綜合在一起出題。

  在這部分需要重點掌握用微元法計算平面圖形的面積、平面曲線的弧長、旋轉(zhuǎn)體的體積及側(cè)面積、平行截面面積為已知的立體體積、功、引力、壓力、質(zhì)心、形心等。。而對于數(shù)三只要求會計算平面圖形的面積和旋轉(zhuǎn)體的體積就可以了。其中求旋轉(zhuǎn)體的體積以及微積分的幾何應(yīng)用與最值問題相結(jié)合構(gòu)成的應(yīng)用題是重點?碱}型,廣大考生應(yīng)該予以充分的重視。

  對于定積分的應(yīng)用部分,首先需要對微元法熟練掌握。在歷年考研真題中,有大量的題是利用微元法來獲得方程式的,微元法的熟練應(yīng)用是倍受出題老師青睞的知識點之一;但是由于微元法這種方法本身有思維上的跳躍,對于這種靈活有效的方法必須通過足量的練習(xí)才能真正體會其思想。在此結(jié)合函數(shù)圖像與對應(yīng)的微元法核心式來歸納微元法的三種常見類型:

  1.薄桶型。

5

  本例求的是由平面圖型a≤x≤b,0≤y≤f(x)繞y軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)體體積。方法是在旋轉(zhuǎn)體上取一薄桶型形體(如上圖陰影部分所示),則根據(jù)微元法思想可得薄桶體積

,其中
是薄桶的高,
是薄桶展開變成薄板后的底面積,
就是薄板的厚度;二者相乘即得體積。對
積分可得
。在這個例子中,體現(xiàn)微元法特色的地方在于:a。雖然薄桶的高是個變化量,但卻用
來表示; b。用
表示薄桶的厚度; c。核心式
。

  2.薄餅型。

1本例求的是由拋物線
軸旋轉(zhuǎn)形成的高
的旋轉(zhuǎn)體體積,方法是取如上圖陰影部分所示的一個薄餅型形體,可得微元法核心式
。其中
是薄餅的底面積,薄餅與
旋轉(zhuǎn)面相交的圓圈成的面積是
,∵
,∴
;同理薄餅與
旋轉(zhuǎn)面相交的圓圈成的面積是
,二者相減即得薄餅底面積。核心式中的
是薄餅的高。這個例子中的薄餅其實并不是上下一般粗的圓柱,而是上大下小的圓臺,但將其視為上下等粗來求解,這一點也體現(xiàn)了微元法的特色。

  3.薄球型。

1

  本例求球體質(zhì)量,半徑為

,密度
, 其中
指球內(nèi)任意一點到球心的距離。方法是取球體中的一個薄球形形體,其內(nèi)徑為
厚度為
,對于這個薄球的體積有
,其中
是薄球表面積,
是厚度。該核心式可以想象成是將薄球展開、攤平得到一個薄面以后再用底面積乘高得到的。由于
很小,故可認為薄球內(nèi)質(zhì)量均勻,為
,則薄球質(zhì)量
,積分可得結(jié)果。本例中“用內(nèi)表面的表面積
乘以薄球厚度
得到核心式”、“將
內(nèi)的薄球密度視為均勻”體現(xiàn)了微元法的特色。

  通過以上三個例子談了一下了對微元法特點的一點認識。這種方法的靈活運用必須通過自己動手做題體會才能實現(xiàn),因為其中一些邏輯表面上并不符合常規(guī)思維,但也許這正是研究生入學(xué)考試出題老師喜歡微元法的原因。

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