1. Главная
  2. Библиотека
  3. Высшая математика
  4. Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функци...
Решение задачи на тему

Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций: y = sqrt(x) y = (x - 2) ^ 2 ось абсцисс.

  • Высшая математика
  • #Математический анализ
  • #Линейная алгебра и аналитическая геометрия
Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций: y = sqrt(x) y = (x - 2) ^ 2 ось абсцисс.

Условие:

Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций:

y = sqrt(x)

y = (x - 2) ^ 2

ось абсцисс.

Решение:

Чтобы вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций $y = \sqrt{x}$ и $y = (x - 2)^2$, а также осью абсцис...

Для начала найдем точки пересечения функций y=xy = \sqrt{x} и y=(x2)2y = (x - 2)^2. Для этого приравняем их:

x=(x2)2 \sqrt{x} = (x - 2)^2

Возведем обе стороны в квадрат:

x=(x2)4 x = (x - 2)^4

Теперь раскроем правую часть:

x=x24x+4 x = x^2 - 4x + 4

Переносим все в одну сторону:

0=x25x+4 0 = x^2 - 5x + 4

Решим квадратное уравнение x25x+4=0x^2 - 5x + 4 = 0 с помощью дискриминанта:

D=b24ac=(5)2414=2516=9 D = b^2 - 4ac = (-5)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4 = 25 - 16 = 9

Корни уравнения:

x1=5+92=5+32=4 x_1 = \frac{5 + \sqrt{9}}{2} = \frac{5 + 3}{2} = 4
x2=592=532=1 x_2 = \frac{5 - \sqrt{9}}{2} = \frac{5 - 3}{2} = 1

Таким образом, точки пересечения находятся в x=1x = 1 и x=4x = 4.

Теперь мы можем вычислить площадь между графиками от x=1x = 1 до x=4x = 4. Площадь SS можно найти по формуле:

S=ab(f(x)g(x))dx S = \int_{a}^{b} (f(x) - g(x)) \, dx

где f(x)f(x) — верхняя функция, а g(x)g(x) — нижняя функция. В данном случае:

  • f(x)=xf(x) = \sqrt{x}
  • g(x)=(x2)2g(x) = (x - 2)^2

Теперь вычислим интеграл:

S=14(x(x2)2)dx S = \int_{1}^{4} \left( \sqrt{x} - (x - 2)^2 \right) \, dx

Сначала упростим выражение под интегралом:

x(x2)2=x(x24x+4)=xx2+4x4 \sqrt{x} - (x - 2)^2 = \sqrt{x} - (x^2 - 4x + 4) = \sqrt{x} - x^2 + 4x - 4

Теперь вычислим интеграл:

S=14(xx2+4x4)dx S = \int_{1}^{4} \left( \sqrt{x} - x^2 + 4x - 4 \right) \, dx

Теперь найдем первообразные для каждого из членов:

  1. xdx=23x3/2\int \sqrt{x} \, dx = \frac{2}{3} x^{3/2}
  2. x2dx=x33\int x^2 \, dx = \frac{x^3}{3}
  3. 4xdx=2x2\int 4x \, dx = 2x^2
  4. 4dx=4x\int 4 \, dx = 4x

Теперь подставим все в интеграл:

S=[23x3/2x33+2x24x]14 S = \left[ \frac{2}{3} x^{3/2} - \frac{x^3}{3} + 2x^2 - 4x \right]_{1}^{4}

Теперь подставим верхний и нижний пределы:

  1. Для x=4x = 4:
S(4)=2343/2433+24244 S(4) = \frac{2}{3} \cdot 4^{3/2} - \frac{4^3}{3} + 2 \cdot 4^2 - 4 \cdot 4
=238643+3216 = \frac{2}{3} \cdot 8 - \frac{64}{3} + 32 - 16
=163643+3216 = \frac{16}{3} - \frac{64}{3} + 32 - 16
=1664+96483=03=0 = \frac{16 - 64 + 96 - 48}{3} = \frac{0}{3} = 0
  1. Для x=1x = 1:
S(1)=2313/2133+21241 S(1) = \frac{2}{3} \cdot 1^{3/2} - \frac{1^3}{3} + 2 \cdot 1^2 - 4 \cdot 1
=2313+24 = \frac{2}{3} - \frac{1}{3} + 2 - 4
=13+24=132=163=53 = \frac{1}{3} + 2 - 4 = \frac{1}{3} - 2 = \frac{1 - 6}{3} = -\frac{5}{3}

Теперь найдем разность:

S=S(4)S(1)=0(53)=53 S = S(4) - S(1) = 0 - \left(-\frac{5}{3}\right) = \frac{5}{3}

Таким образом, площадь фигуры, ограниченной графиками функций y=xy = \sqrt{x} и y=(x2)2y = (x - 2)^2, а также осью абсцисс, равна:

53 \boxed{\frac{5}{3}}

Выбери предмет