انتگرال معین (محاسبه سطح)

آخرین ویرایش: 05 اسفند 1402
دسته‌بندی: انتگرال
امتیاز:

مساحت نمودار تابع و محور طول ها و خطوط عمودی

می‌خواهیم مساحت بین نمودار تابع y=fx، محور xها و خطوط x=a و x=b را محاسبه کنیم.

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

فرض کنیم ∫  a  bfx  dx موجود باشد.

هرگاه به ازای هر x از بازه a,b تابع fx≥0 یا fx≤0 باشد، آن‌گاه  ∫  a  bfx  dx  برابر است با مساحت بین نمودار تابع و محور xها و خطوط x=a و x=b.

Sab= ∫  a  bfx  dx 

در حالتی که سطح در طرفین محور xها واقع شود، باید تلاقی fx با محور xها را پیدا کرده و مساحت هر قسمت را جداگانه محاسبه کنیم و سپس مجموع آنها را به‌دست آوریم.

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

Sab=S1+S2=∫  a  cfx  dx + ∫  c  bfx  dx

تمرین

مساحت بين منحنی و خطوط زیر و محور x ها را پيدا کنيد.

fx=xx−13x=0x=2

y=xx−13y=0

⇒xx−13=0

⇒x=0x−13=0⇒x=1


سطح در بازه 0,2 در طرفین محور x ها واقع است.

پیمان گردلو

S=∫  02fxdx=∫  0  1fxdx+∫  1  2fxdx

⇒S=∫  0  1xx−113dx+∫  1  2xx−113dx

⇒S=37x−173+34x−14310+37x−173+34x−14321

⇒S=0+0−−37+34+37+34−0+0

⇒S=−928+3328⇒S=32

fx=sin22x−sin2xx=π4x=0

S=∫  0  π4sin22x−sin2xdx

⇒S=∫  0  π4sin22xdx−∫  0  π4sin2xdx

⇒S=∫  0  π4121−cos4xdx−∫  0  π4sin2xdx

⇒S=12x−14sin4xπ40−−12cos2xπ40

⇒S=12π4−14sin4π4−−12cosπ2−cos0

⇒S=12π4−0−−120−1

⇒S=π8−12

تمرین

مساحت بين منحنی و خطوط زیر را پيدا کنيد.

fx=1−x2x=−1x=1y=0

خط y=0 معادله خط محور x ها می‌باشد.

fx=1−x2f−x=1−−x2=1−x2=fx


تابع زوج است:

پیمان گردلو

S=∫  −1  1fx  dx⇒S=2∫  0  1fx  dx⇒S=2∫  0  11−x2dx⇒S=2x−13x310

⇒S=21−13⇒S=2×23⇒S=43

تمرین

اگر داشته باشیم:

fx=4−x2      ;  −2≤x≤0−9−x2   ;  0≤x≤3

آن‌گاه مقدار زیر را محاسبه کنيد.

∫  −2  3fx  dx

پیمان گردلو


S=∫  −2  3fxdx

⇒S=∫  −2  04−x2dx+∫  0  39−x2dx

⇒S=πR24+πR'24⇒S=π×44+π×94⇒S=π+9π4⇒S=13π4

تمرین

مساحت بين نمودار تابع زیر و مماس های بر آن در نقاط داده شده، چقدر است؟

fx=sinxx=0x=π

معادلات خطوط مماس در نقاط x=0,π را به‌دست می‌آوريم:

if   x=0⇒y=0    ;    A0,0if   x=π⇒y=sinπ=0    ;    Cπ,0


fx=sinx⇒f'x=cosx

⇒x=0⇒f'0=m=cos0=1x=π⇒f'π=m=cosπ=−1


معادله خط AB :

y−yA=mABx−xA⇒y−0=1x−0⇒y=x


معادله خط BC :

y−yC=mBCx−xC⇒y−0=−1x−π⇒y=π−x


محاسبه مختصات نقطه تقاطع دو مماس:


y=xy=π−x

  x=π−x⇒2x=π⇒x=π2⇒y=π2⇒   Bπ2,π2


SABC=π2×π2=π24

S1=∫  0  πsinxdx=−cosxπ0=−cosπ−cos0=−−1−1=2


ناحیه هاشور خورده، عبارت است از:

S=SABC−S1=π24−2


پیمان گردلو 

تمرین

به ازای چه مقدار b مساحت بين نمودار تابع زیر و محور x ها در بازه 0,b برابر 14 است. 

fx=x1+x22

پیمان گردلو


S=∫  0  bx1+x22  dx⇒14=∫  0  bx1+x2−2  dx⇒14=−121+x2b0


⇒12=−11+b2+1⇒12=1−11+b2⇒11+b2=12⇒b2+1=2⇒b2=1⇒b=±1⇒b=1

دریافت مثال

نکته

مساحت نمودار تابع  و محور عرض ها و خطوط افقی

می‌خواهیم مساحت بین نمودار تابع x=gy، محور yها و خطوط y=c و y=d را محاسبه کنیم.

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

هرگاه به ازای هر y از بازه c,d تابع gy≥0 یا gy≤0 باشد، آن‌گاه  ∫ c dgy  dy  برابر است با مساحت بین نمودار تابع و محور yها و خطوط y=c و y=d. 

Scd=∫  c  dgy  dy

در حالتی که سطح در طرفین محور yها واقع شود، باید تلاقی fy با محور yها یعنی x=0 را پیدا کرده و مساحت هر قسمت را جداگانه محاسبه کنیم و سپس مجموع آنها را به‌دست آوریم.

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

Scd=S1+S2=∫  c  egy  dy+∫  e  dgy  dy

تمرین

مساحت بين منحنی و خطوط زیر و محور y ها را پيدا کنيد.

y2=4−xy=−1y=3

محاسبه عرض نقاط تلاقی:


y2=4−xx=0y2=4⇒y=±2

y2=4−x⇒x=4−y2⇒x=gy=4−y2


پیمان گردلو

S=∫  −1  2fydy+∫  2  3fydy

⇒S=∫  −1  24−y2dy+∫  2  34−y2dy

⇒S=4y−13y32−1+4y−13y332

⇒S=42−1323−4−1−13−13+43−1333−42−1323

⇒S=203

دریافت مثال

تذکر

فرض کنیم تابع f در بازه a,b با شرط a≥0 تابعی پیوسته و اکیدا صعودی یا اکیدا نزولی باشد و به ازای هر x از a,b تابع fx≥0 در این‌صورت داریم: 

حالت اول) اگر f اکیدا صعودی باشد، آن‌گاه:

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

S+S'=∫  a  bfx  dx+∫  fa  fbfy  dy=bfb−afa


حالت دوم)
 اگر f اکیدا نزولی باشد، آن‌گاه:

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

∫  a  bfx  dx−b−afb=∫  fb  fafy  dy−fa−fba

∫  fb  fafy  dy−∫  a  bfx  dx=afa−bfb

تمرین

مساحت بين منحنی و خطوط زیر و محور x ها را پيدا کنيد.

fx=Arcsinxx=0x=1

پیمان گردلو

∫  fb  fafydy−∫  a  bfxdx=afa−bfb      ;       1

⇒∫  π2  0sinydy−∫  0  1Arcsinxdx=0×Arcsin0−1×Arcsin1

⇒∫  π2  0sinydy−∫  0  1Arcsinxdx=−π2

⇒∫  π2  0sinydy+π2=∫  0  1Arcsinxdx

⇒−cosy0π2+π2=∫  0  1Arcsinx  dx

⇒∫  0  1Arcsinxdx=π2−1

1  :fx=Arcsinx⇒x=a=0⇒f0=Arcsin0=0x=b=1⇒f1=Arcsin1=π2if  y=Arcsinx⇒x=siny⇒x=fy=siny

دریافت مثال

مساحت بین دو منحنی وقتی متغیر مستقلxاست

فرض کنیم دو تابع f و g روی a,b انتگرال پذیر باشد و به ازای هر x از این بازه fx≥gx یا fx≤gx باشد، در این‌صورت مساحت بین نمودارهای دو تابع f و g و خطوط x=a و x=b را محاسبه کنیم.  

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

S=∫  a  bfx−gx  dx

 اگر در بازه a,b همواره یکی بالای دیگری نباشد، باید نقطه تقاطع دو منحنی را پیدا کرده و هر قسمت را جداگانه محاسبه کنیم:

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

S= ∫  a  cfx−gx  dx+ ∫  c  bfx−gx  dx

تمرین

مساحت بين  منحنی های زیر را حساب کنید.

y=2−x2y=−x

محاسبه مختصات نقاط تلاقی:

y=fx=2−x2y=gx=−x       2−x2=−x⇒x2−x−2=0⇒x+1x−2=0

⇒x+1=0⇒x=−1⇒y=1    ;    A−1,1x−2=0⇒x=2⇒y=−2    ;    B2,−2


پیمان گردلو

S=∫ −1 2fx−gxdx⇒S=∫ −1 22−x2−−xdx⇒S=∫ −1 22−x2+xdx⇒S=2x−13x3+12x2−1  2⇒S=92

y=sinxy=cosx    ;    0,π

محاسبه مختصات نقاط تلاقی:

y=fx=sinxy=gx=cosxsinx=cosx⇒sinxcosx=cosxcosx⇒tanx=1⇒x=kπ+π4    ;    k=0⇒x=π4


x=π4 طول نقطه تلاقی نمودارها در بازه 0,π می‌باشد.

پیمان گردلو

S=∫  0  π4fx−gxdx+∫ π4 πfx−gxdx

⇒S=∫ 0 π4sinx−cosxdx+∫π4πsinx−cosxdx

⇒S=−cosx−sinxπ40+−cosx−sinxππ4

⇒S=22

y=x2+1y=−2xy=2x

محاسبه مختصات نقاط تلاقی:

y=fx=x2+1y=g1x=−2xx2+1=−2x⇒x2+2x+1=0⇒x=1

y=fx=x2+1y=g2x=2xx2+1=2x⇒x2−2x+1=0⇒x=−1


x=-1,1 طول نقاط تماس دو منحنی با منحنی y=fx می‌باشد.

پیمان گردلو


S=∫ −11fx−g1xdx

⇒S=∫ −10fx−g1xdx+∫01fx−g2xdx

⇒S=∫ −10x2+1+2xdx+∫01x2+1−2xdx

⇒S=13x3+x+x20−1+13x3+x−x210

⇒S=23

دریافت مثال

مساحت بین دو منحنی وقتی متغیر مستقلyاست

فرض کنیم دو تابع x=fy و x=gy روی c,d انتگرال پذیر باشد و به ازای هر y از این بازه fy≥gy یا fy≤gy باشد، در این‌صورت مساحت بین نمودارهای دو منحنی و خطوط y=c و y=d را محاسبه کنیم.   

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو

S= ∫ c dfy−gydy  

اگر همواره یکی سمت راست دیگری نباشد یعنی در بازه ای fy>gy و در بازه ای fy<gy باشد، بایستی مساحت هر قسمت جداگانه محاسبه شده و سپس حاصل‌ها را جمع کنیم:

مساحت زیر نمودار - پیمان گردلو 

S=∫ c efy−gydy+ ∫ e dfy−gydy 

تمرین

مساحت ناحيه بين منحنی های زیر را محاسبه كنيد.

y2=2−xy2=x3

محاسبه مختصات نقاط تلاقی:

y2=2−xy2=x3x3=2−x⇒x=1⇒y=±1    ;    A1,1  , B1,−1

if  y2=2−x⇒x=2−y2⇒fy=2−y2y2=x3⇒x=y23⇒gy=y23


پیمان گردلو

S=∫ −1 1fy−gydy⇒S=∫ −1 12−y2−y23dy⇒S=22y−13y3−35y5301⇒S=3215

دریافت مثال

خرید پاسخ‌ها

انتگرال معین (محاسبه سطح)

10,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید