Integrovanie funkcie jednej reálnej premennej
Určitý integrál
Príklad 5: Vypočítajte obsah časti roviny ohraničenej krivkami: y=x^3, y=x (pre x\in\langle -1; 1\rangle).
Riešenie: Ak sú funkcie f(x) a g(x) spojité na intervale \left\langle a,b\right\rangle a platí g(x)\leq f(x), tak plošný obsah P množiny bodov v rovine, ktoré spĺňajú nerovnosti a\leq x\leq b a g(x)\leq y \leq f(x)} je daný vzťahom
\displaystyle P=\int\limits_{a}^b{\left(f(x)-g(x)\right)\ \mathrm{d}x}.
V našom prípade je potrebné si uvedomiť, že pre x>0 leží priamka y=x nad krivkou y=x^3, teda vo vzorci na výpočet obsahu časti roviny ohraničenej krivkami je f(x)=x a g(x)=x^3, kým pre x<0 je to opačne, keďže krivka y=x^3 leží nad priamkou y=x. Obe funkcie sú však spojité, teda integrovateľné. Hranice integrovania možno nájsť ako priesečníky kriviek y=x^3 a y=x, teda riešením rovnice x^3=x odkiaľ
x^3-x=x(x^2-1)=x(x-1)(x+1)=0
dáva riešenie len pre x\in\{-1,0,1\}. Preto môžeme písať:
P=\int_{-1}^{0^{-}} {x^3-x \ \mathrm{d}x}+\int_{0}^1 {x-x^3 \ \mathrm{d}x}=\lim_{b\to 0^{-}}\int_{-1}^{b} {x^3-x \ \mathrm{d}x}+\int_{0}^1 {x-x^3 \ \mathrm{d}x}=
\lim_{b\to 0^{-}}\left[\frac{x^4}{4}-\frac{x^2}{2}\right]_{-1}^b+\left[\frac{x^2}{2}-\frac{x^4}{4}\right]_0^1=
\lim_{b\to 0^{-}}\left(\left(\frac{b^4}{4}-\frac{b^2}{2}\right)-\left(\frac{(-1)^4}{4}-\frac{(-1)^2}{2}\right)\right)+\left(\left(\frac{1^2}{2}-\frac{1^4}{4}\right)-\left(\frac{0^2}{2}-\frac{0^4}{4}\right)\right)
=\left(0-\left(-\frac{1}{4}\right)\right)+\left(\frac{1}{4}-0\right)=\frac{2}{4}=\frac{1}{2}.
No comments:
Post a Comment