ap微积分历年真题 微积分入门( 二 )


求圆面积的关键是把圆细分 。也就是说,分割的形状不应该局限于正方形 。因此,我们可以把圆分成“细长的短条”来计算面积 。例如,在图8中,我们试图将圆分成细长的条,即矩形的组合 。

话虽如此,既然我们说的是符号,那就从现在开始试着用积分符号吧 。公式也将从这里出现,但内容与刚才的解释完全一致,请轻松阅读 。就像业内人士用行业术语说话一样,用数学符号来解释数学,同样的内容在表达上会显得很优雅 。
在图9中,我们将圆切割成非常窄的条 。水平方向是x轴 。此时圆的切割方向与X轴刚好垂直 。
在此基础上,我们选择一个宽度为x的短条,它是一个希腊字母,发音为“Delta”,常用作“差”的符号,表示一个很小的数字 。
现在,我们用公式来表示这个短杆的面积 。
短条的面积= x值对应的短条长度x 。
如果问为什么要计算短条的面积,那是因为我们需要从这里计算圆的面积 。将这些细长条的面积相加,得到圆的面积 。具体来说,把所有的短条从左端加到右端就够了 。
在这里,我们逐渐将短带的宽度减小到无法再减小的程度 。这样,短条状看起来更像一条“线”,而不是矩形 。无数“线”加在一起,结果逐渐接近“圆的面积” 。如果用积分符号表示,可以写成以下形式 。
在公式中,符号听起来像字母S的纵向伸长,与积分相同 。积分最初的意思是“和”,所以积分符号也取自拉丁语单词“和”的首字母S 。这是由数学家(也是哲学家)莱布尼茨提出的 。

这里,我想加一点点Delta()和d 。
和d,两者都源于“差异” 。两者的区别在于是“近似值”,而英文小写字母D是“精确值” 。
“确切价值”是什么意思?比如圆周率,3.14是它的近似值,无限循环的3.141 592 653 589 793 238 462 643 383 279是它的“精确值” 。在某些情况下,近似值必须是不正确的,而精确值在任何情况下都是正确的 。
因此,我们可以这样理解dx:“原来由短杆宽度x计算出来的值,被认为是趋于零的‘精确值’ 。”
综上所述,delta()和英文小写字母D分别用于以下情况 。
delta()-当有宽度(宽度大于0)时 。
英文小写字母d-当宽度接近0时,计算极限值 。
另外,微积分中虽然会出现各种公式和符号,但是初学者一开始不理解这些东西也没关系,d也是如此 。
感觉和逻辑中考加分
我们来思考两个方面:“有效划分图形的方法”和“使用积分符号的方法” 。为了方便讲解,我选取了中考的试题,尝试用积分法来解答 。
接下来,我们将触摸旋转体 。转体卷是日本高中教材中不可避免的内容,简单的转体题在初中入学考试中经常出现,如下面的题 。
如图所示,有一个半径为2厘米的圆板,离圆板中心4厘米处有一个垂直轴 。让圆板以纵轴为轴旋转一次,计算此时形成的图形的体积 。
题目来源于日本东海大学附属高轮平台大学二级系2007年入学试题,内容部分修改 。
如何回答这个问题?
当板块绕轴旋转时,会变成什么样的图形?
如图43所示,圆板变成了这个环形 。这个圆环的形状在数学上被称为圆环 。
为了计算圆环体的体积,我们来找一个最简单的“积分”方法 。什么样的方法最有效?
如图44所示,我们可以考虑从水平方向切割圆环体 。
如图45所示,切割圆环体得到的横截面就像一个从大圆中挖出的小同心圆 。如果要计算截面积,只需要知道大圆和小圆的半径 。计算方法与计算碗的横截面积相同 。
难点在于如何计算圆的半径 。
让我们试着把我们的想法画进下面标题中给出的图片 。以旋转轴为X轴,用字母标记每个点(图46) 。
取x轴上的h点 。因此,在图45的横截面上的两个圆中,大圆的半径是AH,小圆的半径是BH 。
其实我们思考的重点是“以h的高度切割圆环体” 。看这一点,我们可以发现,我们可以用勾股定理 。
然后,设A点和B点的中点为m,此时,根据勾股定理,AM(BM)的长度为根下4 x2 。也就是说,大圆的半径AH是
小圆的半径BH是

这里省略了的具体计算过程 。
圆环体的体积可以看作是从底部(x=2)到顶部(x = 2)范围内厚度为x的许多横截面积(薄片)的组合(横截面积之和) 。使用积分符号可以表示如下:
这样,我们就可以求出圆环体的体积 。
让我们想想这个公式中“有意义的部分” 。从整体结构来看,16最终可以相乘,所以我们可以不去管它 。应该寻找的第一部分是

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