题目
抛物线y^2=4x与直线x=1所围成的平面图形的面积为()bigcirc(8)/(3)bigcirc(1)/(3)bigcirc(3)/(8)
抛物线$y^{2}=4x$与直线x=1所围成的平面图形的面积为()
$\bigcirc$$\frac{8}{3}$
$\bigcirc$$\frac{1}{3}$
$\bigcirc$$\frac{3}{8}$
题目解答
答案
将抛物线方程 $ y^2 = 4x $ 转化为 $ x = \frac{y^2}{4} $。
交点为 $ (1, 2) $ 和 $ (1, -2) $。
面积 $ A $ 可表示为:
\[
A = \int_{-2}^{2} \left(1 - \frac{y^2}{4}\right) \, dy
\]
计算得:
\[
A = \left[ y - \frac{y^3}{12} \right]_{-2}^{2} = \frac{8}{3}
\]
或对 $ x $ 积分:
\[
A = \int_{0}^{1} 4\sqrt{x} \, dx = \frac{8}{3}
\]
**答案:** $\boxed{\frac{8}{3}}$
解析
本题考查利用定积分求平面图形的面积。解题思路是先确定抛物线与直线的交点,然后根据交点确定积分区间,再选择合适的积分变量,最后利用定积分的计算公式求出面积。
方法一:对$y$积分
- 将抛物线方程变形:
已知抛物线方程$y^{2}=4x$,变形为$x = \frac{y^{2}}{4}$。 - 求交点坐标:
联立抛物线方程$y^{2}=4x$与直线方程$x = 1$,将$x = 1$代入$y^{2}=4x$,可得$y^{2}=4$,解得$y=\pm2$。所以交点坐标为$(1, 2)$和$(1, -2)$。 - 确定被积函数和积分区间:
在$y$轴上,直线$x = 1$在抛物线$x = \frac{y^{2}}{4}$的右侧,所以被积函数为$1 - \frac{y^{2}}{4}$,积分区间为$[-2, 2]$。 - 计算定积分:
根据定积分的计算公式$\int_{a}^{b}f(y)dy=F(b)-F(a)$(其中$F(y)$是$f(y)$的一个原函数),对$\int_{-2}^{2} \left(1 - \frac{y^{2}}{4}\right) \, dy$进行计算。
先求$1 - \frac{y^{2}}{4}$的原函数,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$1 - \frac{y^{2}}{4}$的原函数为$y - \frac{y^{3}}{12}$。
则$\int_{-2}^{2} \left(1 - \frac{y^{2}}{4}\right) \, dy=\left[ y - \frac{y^{3}}{12} \right]_{-2}^{2}$
$=(2 - \frac{2^{3}}{12})-(-2 - \frac{(-2)^{3}}{12})$
$=(2 - \frac{8}{12})-(-2 + \frac{8}{12})$
$=2 - \frac{2}{3}+2 - \frac{2}{3}$
$=4 - \frac{4}{3}$
$=\frac{12 - 4}{3}=\frac{8}{3}$
方法二:对$x$积分
- 确定被积函数和积分区间:
对于抛物线$y^{2}=4x$,可得$y=\pm2\sqrt{x}$。在$x$轴上,积分区间为$[0, 1]$,被积函数为$4\sqrt{x}$(因为$y$有正负两个值,所以面积是$y = 2\sqrt{x}$与$y = -2\sqrt{x}$所围面积,即$2\times(2\sqrt{x}-(-2\sqrt{x})) = 4\sqrt{x}$)。 - 计算定积分:
根据定积分的计算公式$\int_{a}^{b}f(x)dx=F(b)-F(a)$,对$\int_{0}^{1} 4\sqrt{x} \, dx$进行计算。
因为$4\sqrt{x}=4x^{\frac{1}{2}}$,其原函数为$4\times\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}=\frac{8}{3}x^{\frac{3}{2}}$。
则$\int_{0}^{1} 4\sqrt{x} \, dx=\left[\frac{8}{3}x^{\frac{3}{2}}\right]_{0}^{1}$
$=\frac{8}{3}\times1^{\frac{3}{2}}-\frac{8}{3}\times0^{\frac{3}{2}}=\frac{8}{3}$