[题目]求下列曲线所围成的图形的面积-|||-=dfrac (1)(2)(x)^2 与 ^2+(y)^2=8 (两部分都要计算).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查利用积分法计算由抛物线和圆围成的图形面积,涉及曲线交点的求解、积分区域的划分以及几何图形面积的计算。
解题核心思路:
- 确定交点:联立抛物线和圆的方程,求出交点坐标,确定积分上下限。
- 划分区域:将封闭区域分为上半部分和下半部分,分别计算面积。
- 积分计算:对上半部分,拆分为弓形面积和抛物线与水平线围成的面积;对下半部分,利用圆的总面积减去上半部分面积。
破题关键点:
- 正确联立方程求交点,避免计算错误。
- 合理拆分积分区域,利用几何图形简化计算。
- 注意积分表达式的符号,避免因被积函数错误导致结果偏差。
步骤1:求曲线交点
联立方程 $y = \dfrac{1}{2}x^2$ 和 $x^2 + y^2 = 8$:
$x^2 + \left( \dfrac{1}{2}x^2 \right)^2 = 8 \implies x^2 + \dfrac{1}{4}x^4 = 8.$
令 $t = x^2$,方程变为:
$t^2 + 4t - 32 = 0 \implies t = \dfrac{-4 \pm \sqrt{16 + 128}}{2} = \dfrac{-4 \pm 12}{2}.$
取正根 $t = 4$,得 $x = \pm 2$,对应 $y = 2$,交点为 $A(-2, 2)$ 和 $B(2, 2)$。
步骤2:计算上半部分面积
上半部分由圆弧 $y = \sqrt{8 - x^2}$ 和抛物线 $y = \dfrac{1}{2}x^2$ 围成,面积为:
$S = \int_{-2}^{2} \left( \sqrt{8 - x^2} - \dfrac{1}{2}x^2 \right) dx.$
拆分积分:
-
弓形面积:圆弧与直线 $y = 2$ 之间的区域:
$S_1 = \int_{-2}^{2} \left( \sqrt{8 - x^2} - 2 \right) dx.$
几何法计算:- 扇形面积:$\dfrac{1}{4} \pi (2\sqrt{2})^2 = 2\pi$,
- 三角形面积:$\dfrac{1}{2} \times 4 \times 2 = 4$,
- 弓形面积:$S_1 = 2\pi - 4$。
-
抛物线下方面积:直线 $y = 2$ 与抛物线之间的区域:
$S_2 = \int_{-2}^{2} \left( 2 - \dfrac{1}{2}x^2 \right) dx = \left[ 2x - \dfrac{1}{6}x^3 \right]_{-2}^{2} = \dfrac{16}{3}.$
总上半部分面积:
$S = S_1 + S_2 = 2\pi - 4 + \dfrac{16}{3} = 2\pi + \dfrac{4}{3}.$
步骤3:计算下半部分面积
下半部分面积为圆面积减去上半部分面积:
$S' = \pi (2\sqrt{2})^2 - \left( 2\pi + \dfrac{4}{3} \right) = 8\pi - 2\pi - \dfrac{4}{3} = 6\pi - \dfrac{4}{3}.$