114.设曲线y=x^2与y=4所围成的图形的面积为S,则下列各式中,错误的是()A. S=2int_(0)^2(4-x^2)dx.B. S=2int_(0)^4sqrt(y)dy.C. S=2int_(0)^2(4-x^2)dy.D. S=2int_(0)^4sqrt(x)dx.
A. $S=2\int_{0}^{2}(4-x^{2})dx.$
B. $S=2\int_{0}^{4}\sqrt{y}dy.$
C. $S=2\int_{0}^{2}(4-x^{2})dy.$
D. $S=2\int_{0}^{4}\sqrt{x}dx.$
题目解答
答案
解析
本题考查利用定积分求平面图形的面积,解题的关键在于根据积分变量的不同,正确确定积分区间和被积函数。
步骤一:确定曲线$y = x^2$与$y = 4$的交点
联立方程$\begin{cases}y = x^2\\y = 4\end{cases}$,将$y = 4$代入$y = x^2$,可得$x^2 = 4$,解得$x = \pm 2$。
步骤二:分析以$x$为积分变量的情况
当以$x$为积分变量时,积分区间为$[-2, 2]$。在这个区间上,$4\geq x^2$,根据定积分求面积公式$S=\int_{a}^{b} [f(x)-g(x)]dx$(其中$f(x)$为上方曲线,$g(x)$为下方曲线),可得$S = \int_{-2}^{2} (4 - x^2)dx$。
由于被积函数$4 - x^2$是偶函数,根据偶函数在对称区间上的积分性质$\int_{-a}^{a} f(x)dx = 2\int_{0}^{a} f(x)dx$,则$S = 2\int_{0}^{2} (4 - x^2)dx$,所以选项A正确。
步骤三:分析以$y$为积分变量的情况
当以$y$为积分变量时,由$y = x^2$可得$x = \pm\sqrt{y}$,积分区间为$[0, 4]$。在这个区间上,$\sqrt{y}\geq -\sqrt{y}$,根据定积分求面积公式$S=\int_{c}^{d} [f(y)-g(y)]dy$(其中$f(y)$为右方曲线,$g(y)$为左方曲线),可得$S = \int_{0}^{4} [\sqrt{y} - (-\sqrt{y})]dy = 2\int_{0}^{4} \sqrt{y}dy$,所以选项B正确。
步骤四:分析选项C
在选项C中,积分变量为$y$,但被积函数$4 - x^2$是关于$x$的函数,不能直接对$y$进行积分,所以选项C错误。
步骤五:分析选项D
由$y = x^2$可得$x = \sqrt{y}$,交换积分变量$x$与$y$的角色,此时积分区间为$[0, 4]$,$S = 2\int_{0}^{4} \sqrt{y}dy$,若将$y$换为$x$,则$S = 2\int_{0}^{4} \sqrt{x}dx$,所以选项D正确。