定积分的几何意义

  1. 单变量连续函数定积分的几何意义 - 图1#card=math&code=f%28x%29&id=mohCY)在定积分的几何意义 - 图2上的积分定积分的几何意义 - 图3%5Cmathrm%7Bd%7Dx#card=math&code=%5Cint_a%5Eb%20f%28x%29%5Cmathrm%7Bd%7Dx&id=oPPus), 等于由定积分的几何意义 - 图4为底边,由定积分的几何意义 - 图5#card=math&code=y%3D0%2C%20y%3Df%28x%29&id=D12P9)为腰的曲边梯形的代数面积(即:如果梯形有在定积分的几何意义 - 图6之下的部分,那么积分的值等于梯形在定积分的几何意义 - 图7之上的部分的面积,减去这部分的面积).
  2. 两个自变量的连续函数定积分的几何意义 - 图8#card=math&code=f%28x%2Cy%29&id=Rryc0)在区域定积分的几何意义 - 图9 (定积分的几何意义 - 图10落在平面定积分的几何意义 - 图11上,即定积分的几何意义 - 图12平面) 上的积分定积分的几何意义 - 图13%5Cmathrm%7Bd%7D%5Csigma#card=math&code=%5Ciint_D%20f%28x%2Cy%29%5Cmathrm%7Bd%7D%5Csigma&id=hJpQL),等于通过定积分的几何意义 - 图14 且母线平行于定积分的几何意义 - 图15轴的柱面,与平面z=0和曲面定积分的几何意义 - 图16#card=math&code=z%3Df%28x%2C%20y%29&id=nyQBr)分别相交,所得到的曲顶柱体的代数体积. (此处”代数体积”类似1中”代数面积”)
  3. 更一般,定积分的几何意义 - 图17个自变量的连续函数定积分的几何意义 - 图18#card=math&code=f%28x1%2C%20%5Cldots%2C%20x_n%29&id=cUYLk)在区域定积分的几何意义 - 图19 (定积分的几何意义 - 图20 落在定积分的几何意义 - 图21 这个空间之中)上的积分![](https://g.yuque.com/gr/latex?%5Cint%20%5Ccdots%20%5Cint%7B%5COmega%7D%20f(x1%2C%20%5Cldots%2C%20x_n)%20%5Cmathrm%7Bd%7D%5Comega%2C#card=math&code=%5Cint%20%5Ccdots%20%5Cint%7B%5COmega%7D%20f%28x_1%2C%20%5Cldots%2C%20x_n%29%20%5Cmathrm%7Bd%7D%5Comega%2C&id=VyLBL) 等于通过定积分的几何意义 - 图22且母线平行于定积分的几何意义 - 图23轴的定积分的几何意义 - 图24%22%20aria-hidden%3D%22true%22%3E%0A%20%3Cuse%20xlink%3Ahref%3D%22%23E1-MJMATHI-6E%22%20x%3D%220%22%20y%3D%220%22%3E%3C%2Fuse%3E%0A%3C%2Fg%3E%0A%3C%2Fsvg%3E#card=math&code=n&id=SPHm6)维柱面,与平面定积分的几何意义 - 图25定积分的几何意义 - 图26维曲面定积分的几何意义 - 图27#card=math&code=x_n%20%3D%20f%28x_1%2C%20%5Cldots%2C%20x_n%29&id=E2tNy)分别相交,所得到的定积分的几何意义 - 图28维曲顶柱体的代数体积.

应用

  1. 定积分的几何意义 - 图29(b-x)%7D%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx#card=math&code=%5Cint_a%5Eb%20%5Csqrt%7B%28x-a%29%28b-x%29%7D%5C%2C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx&id=blE7c)
  2. 定积分的几何意义 - 图30
  3. 定积分的几何意义 - 图31)%5Cmathrm%7Bd%7Dx#card=math&code=%5Cint_0%5E%7B%5Cpi%2F2%7D%20%5Carcsin%28%5Ccos%28x%29%29%5Cmathrm%7Bd%7Dx&id=qEnDx)
  4. 定积分的几何意义 - 图32 其中定积分的几何意义 - 图33定积分的几何意义 - 图34平面上由不等式定积分的几何意义 - 图35的解集描述的区域.
  5. 周期函数在半周期上的积分通常不等于零:定积分的几何意义 - 图36%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D2%5Ccos(a)#card=math&code=%5Cinta%5E%7Ba%2B%5Cpi%7D%20%5Csin%28x%29%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D2%5Ccos%28a%29&id=Rdqsx), ![](https://g.yuque.com/gr/latex?%5Cint%7Ba%7D%5E%7Ba%2B%5Cpi%7D%5Ccos(x)%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx%20%3D%20-2%5Csin(a)#card=math&code=%5Cint_%7Ba%7D%5E%7Ba%2B%5Cpi%7D%5Ccos%28x%29%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx%20%3D%20-2%5Csin%28a%29&id=Z7f68),
    但在任意一个周期上的积分必定为零: 定积分的几何意义 - 图37%5Cmathrm%7Bd%7D%7Bx%7D%3D%5Cint_a%5E%7Ba%2B2%5Cpi%7D%5Csin(x)%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D0.#card=math&code=%5Cint_a%5E%7Ba%2B2%5Cpi%7D%20%5Ccos%28x%29%5Cmathrm%7Bd%7D%7Bx%7D%3D%5Cint_a%5E%7Ba%2B2%5Cpi%7D%5Csin%28x%29%5Cmathrm%7Bd%7Dx%3D0.&id=pIIsr) 因为在任意一个周期上,积分的正负数值互相抵消了.


解:
1. 考虑以区间定积分的几何意义 - 图38为直径的在上半平面的圆周. 圆周上任意一个点,如果横坐标是定积分的几何意义 - 图39 那么这个点的纵坐标就是定积分的几何意义 - 图40%3D%5Csqrt%7B(x-a)(b-x)%7D#card=math&code=f%28x%29%3D%5Csqrt%7B%28x-a%29%28b-x%29%7D&id=L7ILD). 所以原积分代表以定积分的几何意义 - 图41为直径的半圆的面积,等于定积分的几何意义 - 图42*(b-a)%5E2.#card=math&code=%28%5Cpi%2F8%29%2A%28b-a%29%5E2.&id=EWAuz)

  1. 首先注意到定积分的几何意义 - 图43是点定积分的几何意义 - 图44到区间定积分的几何意义 - 图45的中点定积分的几何意义 - 图46的距离. 作代换定积分的几何意义 - 图47, 原积分变为
    定积分的几何意义 - 图48%2F2%7D%5E%7B(b-a)%2F2%7D%20%7Ct%7C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dt%20%3D%202%20%5Cint0%5E%7B(b-a)%2F2%7D%20t%20%5Cmathrm%7Bd%7Dt%20%3D%20(b-a)%5E2%2F4#card=math&code=%5Cint%7B%28a-b%29%2F2%7D%5E%7B%28b-a%29%2F2%7D%20%7Ct%7C%20%5Cmathrm%7Bd%7Dt%20%3D%202%20%5Cint_0%5E%7B%28b-a%29%2F2%7D%20t%20%5Cmathrm%7Bd%7Dt%20%3D%20%28b-a%29%5E2%2F4&id=MpcZv). 此处第一个等号是因为定积分的几何意义 - 图49是偶函数而积分区域关于原点对称.
    也可以直接算:原积分可以理解成两个等腰直角三角形的面积,这两个三角形的顶点分别在定积分的几何意义 - 图50(公共顶点), 定积分的几何意义 - 图51%2C%20(a%2C%20%5Cfrac%7Bb-a%7D%7B2%7D)#card=math&code=%28a%2C%200%29%2C%20%28a%2C%20%5Cfrac%7Bb-a%7D%7B2%7D%29&id=fhhGK)与定积分的几何意义 - 图52. 所以这两个三角形全等,它们的直角边长度是定积分的几何意义 - 图53

  2. 由于定积分的几何意义 - 图54%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B2%7D-%5Ccos(t)#card=math&code=%5Csin%28t%29%20%3D%20%5Cfrac%7B%5Cpi%7D%7B2%7D-%5Ccos%28t%29&id=ByrnV), 如果设定积分的几何意义 - 图55#card=math&code=t%3D%5Ccos%28x%29&id=IdcRm), 则被积函数是定积分的几何意义 - 图56. 所以原积分是由直线定积分的几何意义 - 图57与两条坐标轴所围成的等腰直角三角形的面积,等于定积分的几何意义 - 图58

  3. 原积分是以定积分的几何意义 - 图59为底,分别以定积分的几何意义 - 图60的中心(原点)和半径定积分的几何意义 - 图61为球心和半径的上半球面的体积, 等于定积分的几何意义 - 图62.