Краткий ответ:
1) y = x 2 − 2 x + 2 y = x^2 — 2x + 2 , x = 1 x = 1 , касательная в точке x = 0 x = 0 ;
Уравнение касательной:
y ′ ( x ) = ( x 2 ) ′ − ( 2 x − 2 ) ′ = 2 x − 2 ; y'(x) = (x^2)’ — (2x — 2)’ = 2x — 2; y ′ ( 0 ) = 2 ⋅ 0 − 2 = − 2 ; y'(0) = 2 \cdot 0 — 2 = -2; y ( 0 ) = 0 2 − 2 ⋅ 0 + 2 = 2 ; y(0) = 0^2 — 2 \cdot 0 + 2 = 2; y = 2 − 2 ( x − 0 ) = 2 − 2 x ; y = 2 — 2(x — 0) = 2 — 2x;
Площадь криволинейной трапеции:
S = ∫ 0 1 ( ( x 2 − 2 x + 2 ) − ( 2 − 2 x ) ) d x = ∫ 0 1 x 2 d x = x 3 3 ∣ 0 1 ; S = \int_{0}^{1} \left( (x^2 — 2x + 2) — (2 — 2x) \right) dx = \int_{0}^{1} x^2 \, dx = \frac{x^3}{3} \bigg|_{0}^{1}; S = 1 3 3 − 0 3 3 = 1 3 ; S = \frac{1^3}{3} — \frac{0^3}{3} = \frac{1}{3};
Ответ: 1 3 \frac{1}{3} .
2) y = 4 x y = \frac{4}{x} , x = 0 x = 0 , x = 6 x = 6 , касательная в точке x = 2 x = 2 ;
Уравнение касательной:
y ′ ( x ) = 4 ⋅ ( 1 x ) ′ = − 4 x 2 ; y'(x) = 4 \cdot \left( \frac{1}{x} \right)’ = -\frac{4}{x^2}; y ′ ( 2 ) = − 4 2 2 = − 4 4 = − 1 ; y'(2) = -\frac{4}{2^2} = -\frac{4}{4} = -1; y ( 2 ) = 4 2 = 2 ; y(2) = \frac{4}{2} = 2; y = 2 − 1 ⋅ ( x − 2 ) = 2 − x + 2 = 4 − x ; y = 2 — 1 \cdot (x — 2) = 2 — x + 2 = 4 — x;
Первая функция:
4 x > 0 , отсюда x > 0 ; \frac{4}{x} > 0, \text{ отсюда } x > 0;
Вторая функция:
4 − x > 0 , отсюда x < 4 ; 4 — x > 0, \text{ отсюда } x < 4;
Площадь криволинейной трапеции:
S = ∫ 2 6 4 x d x − ∫ 2 4 ( 4 − x ) d x = ( 4 ⋅ ln x ) ∣ 2 6 − ( 4 x − x 2 2 ) ∣ 2 4 = S = \int_{2}^{6} \frac{4}{x} \, dx — \int_{2}^{4} (4 — x) \, dx = \left( 4 \cdot \ln x \right) \bigg|_{2}^{6} — \left( 4x — \frac{x^2}{2} \right) \bigg|_{2}^{4} = = 4 ⋅ ln 6 − 4 ⋅ ln 2 − ( 4 ⋅ 4 − 4 2 2 ) + ( 4 ⋅ 2 − 2 2 2 ) = 4 ⋅ ln 3 − 16 + 8 + 8 − 2 = = 4 \cdot \ln 6 — 4 \cdot \ln 2 — \left( 4 \cdot 4 — \frac{4^2}{2} \right) + \left( 4 \cdot 2 — \frac{2^2}{2} \right) = 4 \cdot \ln 3 — 16 + 8 + 8 — 2 = = 4 ln 3 − 2 ; = 4 \ln 3 — 2;
Ответ: 4 ln 3 − 2 4 \ln 3 — 2 .
Подробный ответ:
Задача 1
Дано:
y = x 2 − 2 x + 2 y = x^2 — 2x + 2 точка касания: x = 0 x = 0 правая граница области: x = 1 x = 1 Шаг 1: Найдём производную функции
y = x 2 − 2 x + 2 ⇒ y ′ ( x ) = ( x 2 ) ′ − ( 2 x ) ′ + ( 2 ) ′ = 2 x − 2 y = x^2 — 2x + 2 \Rightarrow y'(x) = (x^2)’ — (2x)’ + (2)’ = 2x — 2
Шаг 2: Подставим x = 0 x = 0 , чтобы найти угловой коэффициент касательной
y ′ ( 0 ) = 2 ⋅ 0 − 2 = − 2 y'(0) = 2 \cdot 0 — 2 = -2
Это значит, касательная имеет наклон k = − 2 k = -2
Шаг 3: Найдём значение функции в точке касания x = 0 x = 0
y ( 0 ) = 0 2 − 2 ⋅ 0 + 2 = 2 y(0) = 0^2 — 2 \cdot 0 + 2 = 2
Шаг 4: Уравнение касательной
Формула уравнения прямой:
y = y 0 + k ( x − x 0 ) y = y_0 + k(x — x_0)
Подставим:
x 0 = 0 x_0 = 0 , y 0 = 2 y_0 = 2 , k = − 2 k = -2 y = 2 − 2 ( x − 0 ) = 2 − 2 x y = 2 — 2(x — 0) = 2 — 2x
Шаг 5: Площадь криволинейной трапеции
Искомая площадь — между графиком функции y = x 2 − 2 x + 2 y = x^2 — 2x + 2 и касательной y = 2 − 2 x y = 2 — 2x на отрезке x ∈ [ 0 , 1 ] x \in [0, 1]
S = ∫ 0 1 ( f ( x ) − g ( x ) ) d x = ∫ 0 1 ( ( x 2 − 2 x + 2 ) − ( 2 − 2 x ) ) d x S = \int_0^1 \left( f(x) — g(x) \right) dx = \int_0^1 \left( (x^2 — 2x + 2) — (2 — 2x) \right) dx
Упростим подынтегральное выражение:
x 2 − 2 x + 2 − 2 + 2 x = x 2 x^2 — 2x + 2 — 2 + 2x = x^2 S = ∫ 0 1 x 2 d x = [ x 3 3 ] 0 1 = 1 3 − 0 = 1 3 S = \int_0^1 x^2 dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_0^1 = \frac{1}{3} — 0 = \frac{1}{3}
Ответ: 1 3 \boxed{\frac{1}{3}}
Задача 2
Дано:
y = 4 x y = \frac{4}{x} касательная в точке x = 2 x = 2 рассматриваемая область: от x = 2 x = 2 до x = 6 x = 6 Шаг 1: Найдём производную функции
y = 4 x = 4 x − 1 ⇒ y ′ ( x ) = − 4 x − 2 = − 4 x 2 y = \frac{4}{x} = 4x^{-1} \Rightarrow y'(x) = -4x^{-2} = -\frac{4}{x^2}
Шаг 2: Подставим x = 2 x = 2 , найдём производную в точке касания
y ′ ( 2 ) = − 4 2 2 = − 4 4 = − 1 y'(2) = -\frac{4}{2^2} = -\frac{4}{4} = -1
Шаг 3: Найдём значение функции в точке x = 2 x = 2
y ( 2 ) = 4 2 = 2 y(2) = \frac{4}{2} = 2
Шаг 4: Составим уравнение касательной
Формула касательной:
y = y 0 + k ( x − x 0 ) y = y_0 + k(x — x_0)
Где:
x 0 = 2 x_0 = 2 y 0 = 2 y_0 = 2 k = − 1 k = -1 y = 2 − 1 ( x − 2 ) = 2 − x + 2 = 4 − x y = 2 — 1(x — 2) = 2 — x + 2 = 4 — x
Шаг 5: Условия положительности
Площадь считается только там, где обе функции положительны:
4 x > 0 ⇒ x > 0 \frac{4}{x} > 0 \Rightarrow x > 0 4 − x > 0 ⇒ x < 4 4 — x > 0 \Rightarrow x < 4 Значит, пересекаются при x = 4 x = 4 , и от x = 2 x = 2 до x = 4 x = 4 прямая выше графика.
Шаг 6: Составим выражение для площади
На [ 2 , 4 ] [2, 4] : между графиками 4 x \frac{4}{x} (снизу) и 4 − x 4 — x (сверху) На [ 4 , 6 ] [4, 6] : между графиком 4 x \frac{4}{x} и осью Ox S = ∫ 2 4 ( 4 x − ( 4 − x ) ) d x ⏟ Между графиками + ∫ 4 6 4 x d x ⏟ Под графиком S = \underbrace{\int_2^4 \left( \frac{4}{x} — (4 — x) \right) dx}_{\text{Между графиками}} + \underbrace{\int_4^6 \frac{4}{x} \, dx}_{\text{Под графиком}}
Объединим:
S = ∫ 2 6 4 x d x − ∫ 2 4 ( 4 − x ) d x S = \int_2^6 \frac{4}{x} dx — \int_2^4 (4 — x) dx
Шаг 7: Вычислим интегралы
Первый интеграл:
∫ 2 6 4 x d x = 4 ln x ∣ 2 6 = 4 ln 6 − 4 ln 2 = 4 ln ( 6 2 ) = 4 ln 3 \int_2^6 \frac{4}{x} dx = 4 \ln x \big|_2^6 = 4 \ln 6 — 4 \ln 2 = 4 \ln \left( \frac{6}{2} \right) = 4 \ln 3
Второй интеграл:
∫ 2 4 ( 4 − x ) d x = ∫ 2 4 4 d x − ∫ 2 4 x d x = 4 x ∣ 2 4 − x 2 2 ∣ 2 4 \int_2^4 (4 — x) dx = \int_2^4 4 dx — \int_2^4 x dx = 4x \big|_2^4 — \frac{x^2}{2} \big|_2^4
Вычислим:
4 x ∣ 2 4 = 4 ⋅ 4 − 4 ⋅ 2 = 16 − 8 = 8 4x \big|_2^4 = 4 \cdot 4 — 4 \cdot 2 = 16 — 8 = 8 x 2 2 ∣ 2 4 = 16 2 − 4 2 = 8 − 2 = 6 \frac{x^2}{2} \big|_2^4 = \frac{16}{2} — \frac{4}{2} = 8 — 2 = 6 Значит:
∫ 2 4 ( 4 − x ) d x = 8 − 6 = 2 \int_2^4 (4 — x) dx = 8 — 6 = 2
Шаг 8: Подставим в формулу
S = 4 ln 3 − 2 S = 4 \ln 3 — 2
Ответ: 4 ln 3 − 2 \boxed{4 \ln 3 — 2}
Оставь свой отзыв 💬
Комментариев пока нет, будьте первым!