Давайте разберем задания по порядку и подробно объясним каждое из них.
Задание №1: Найдите площадь фигур
a) Найдите площадь, ограниченную графиком функции \( y = 4x - x^2 \) и осью абсцисс.
Найдем точки пересечения графика с осью абсцисс. Для этого приравняем функцию к нулю: \[ 4x - x^2 = 0 \] Это уравнение можно переписать как: \[ x(4 - x) = 0 \] Таким образом, у нас есть два корня: \[ x_1 = 0, \quad x_2 = 4 \]
Нарисуем график функции. Это квадратная функция, которая открыта вниз. Она пересекает ось абсцисс в точках \( (0, 0) \) и \( (4, 0) \), а максимальное значение достигает в точке \( x = 2 \), где: \[ y(2) = 4 \cdot 2 - 2^2 = 8 \]
Найдём площадь фигуры под графиком функции и выше оси абсцисс, используя определённый интеграл: \[ S = \int_{0}^{4} (4x - x^2) \, dx \]
Вычисляем интеграл: \[ S = \left[ 2x^2 - \frac{x^3}{3} \right]_{0}^{4} = \left[ 2(4^2) - \frac{4^3}{3} \right] - \left[ 0 \right] \] \[ = \left[ 32 - \frac{64}{3} \right] = \frac{96}{3} - \frac{64}{3} = \frac{32}{3} \] Площадь равна \( \frac{32}{3} \).
б) Теперь найдем площадь, ограниченную графиком функции \( y = 4x - x^2 \), осью ординат и прямой \( y = 4 \).
Найдем точки пересечения функции с прямой: \[ 4x - x^2 = 4 \] Переписываем в стандартном виде: \[ x^2 - 4x + 4 = 0 \] Это квадратное уравнение имеет корень: \[ (x - 2)^2 = 0 \quad \Rightarrow \quad x = 2 \]
Нарисуем график. В точке \( x = 2 \) функции пересекают прямую, также у нас есть начало координат \( (0, 0) \).
Вычисляем площадь: \[ S = \int_{0}^{2} (4 - (4x - x^2)) \, dx = \int_{0}^{2} (x^2 - 4x + 4) \, dx \] Определяем интеграл: \[ = \left[ \frac{x^3}{3} - 2x^2 + 4x \right]_{0}^{2} \] Вычисляем: \[ = \left[ \frac{8}{3} - 8 + 8 \right] - 0 = \frac{8}{3} \]
в) Найдите площадь, ограниченную графиками \( y = \cos x \), \( y = \sin x \), \( y = -\sin x \), и \( y = -\cos x \).
Найдем точки пересечения функций. \[ \cos x = \sin x \quad \Rightarrow \quad x = \frac{\pi}{4} + k\pi \] Проверим на интервале \( [0, 2\pi] \):
- Пересечение: \( x = \frac{\pi}{4} \) и \( x = \frac{5\pi}{4} \).
Для \( y = -\sin x \) и \( y = -\cos x \): \[ -\cos x = -\sin x \quad \Rightarrow \quad x = \frac{5\pi}{4}, \frac{7\pi}{4} \]
Вычислим площадь, используя интеграл: \[ S = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{5\pi}{4}} (\cos x - (-\sin x)) \, dx \] \[ = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{5\pi}{4}} (\cos x + \sin x) \, dx \]
Вычисляем интеграл: \[ = [\sin x - \cos x]_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{5\pi}{4}} = \left[\sin\left(\frac{5\pi}{4}\right) - \cos\left(\frac{5\pi}{4}\right)\right] - \left[\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) - \cos\left(\frac{\pi}{4}\right)\right] \] Зная, что \( \sin\left(\frac{5\pi}{4}\right) = -\frac{\sqrt{2}}{2} \), \( \cos\left(\frac{5\pi}{4}\right) = -\frac{\sqrt{2}}{2} \): \[ = \left[-\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{\sqrt{2}}{2}\right] - \left[\frac{\sqrt{2}}{2} - \frac{\sqrt{2}}{2}\right] = 0 \]
Задание №2: Интегралы
Перейдем к интегральным заданиям.
a) Пример расчета интеграла:
تطتعنيب \(\int_{2}^{3} x^2 \, dx\): \[ S = \left[\frac{x^3}{3}\right]_{2}^{3} = \left[\frac{27}{3} - \frac{8}{3}\right] = \frac{19}{3} \]
Если необходимо, могу продолжить расчеты для других интегралов. Дайте знать, если нужно больше примеров или объяснений!