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具体操作规程是,先把区间[a,b]分成许多小区间(图5.8.6),在每个小区间上,用其中某一点的高来近似地代替同一个小区间上的弯曲变化,并根据矩形的面积公式,得到曲边梯形上某“一条”面积的近似值,然后作和求极限,从而求出整个曲边梯形的面积。
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还是先看一个具体的例子。
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例 试求直线x=1,y=0与曲线y=x 2所围成的曲边梯形的面积。
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解 如图5.8.7所示。我们将这块弓形的底边(长度为1)10等分。在插入的第一个分点处,作一底宽为0.1,高为0.12的矩形;在第2个分点处,做一底宽为0.1,高为0.22的矩形……在9个分点处,做一底宽为0.1,高为0.92的矩形;最后,在点1处,作一底宽为0.1,高为12的矩形。这些小矩形将抛物弓形盖住,其面积的总和是。
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一般地分为n等份,则面积总和是
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现在分别令n=102,103,…,10k,…,则当k→∞,分割就越来越细,和都将趋向于0,所以小矩形面积之和最终趋向于1/3。这就是抛物线围成的曲边梯形的面积
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▲ 图5.8.5 曲边梯形的面积
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▲ 图5.8.6 曲边梯形面积的近似求法
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▲ 图5.8.7 y=x 2所围成的曲边梯形的面积
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在本例中,也可以从阿基米德计算的弓形面积出发得到结果。这时抛物弓形的内接三角形的三点坐标是(0,0),(1,1)。不难算出它的面积是。于是弓形面积是。这样一来,抛物线围成的曲边梯形的面积是,与用积分方法得到的结果相同。
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这一思想的核心仍然是以直代曲,用直边的小矩形取代小曲边梯形,然后小矩形面积之和取极限后即可求得曲边梯形的面积。这里的曲边,是指各点的局部有变化,而且每点的变化情况都不同。我们的方法是将各点的变化(微分)累积起来,运用极限方法,跨越无限门槛,最后获得整体的面积。
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这再次说明,所谓积分,乃将微分累积起来之意也。
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2.分成局部,积成整体——走近“定积分”
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将上述求曲边梯形的思想一般化,就得到定积分的定义。
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