题目
填空题函数f(x)=int_(-1)^x(1-|t|)dt(xgeq-1)与x轴所围成的平面图形的面积为____.
填空题
函数$f(x)=\int_{-1}^{x}(1-|t|)dt(x\geq-1)$与x轴所围成的平面图形的面积为____.
题目解答
答案
函数 $ f(x) = \int_{-1}^{x} (1 - |t|) \, dt $ 可分段表示为:
- 当 $ -1 \leq x < 0 $ 时,$ f(x) = \frac{(x+1)^2}{2} $;
- 当 $ x \geq 0 $ 时,$ f(x) = -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} $。
与x轴交点为 $ x = -1 $ 和 $ x = 1 + \sqrt{2} $。计算面积:
- 对于 $ -1 \leq x < 0 $,面积为 $ \int_{-1}^{0} \frac{(x+1)^2}{2} \, dx = \frac{1}{6} $;
- 对于 $ 0 \leq x \leq 1 + \sqrt{2} $,面积为 $ \int_{0}^{1 + \sqrt{2}} \left( -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} \right) \, dx = \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6} $。
总面积极为 $ \frac{1}{6} + \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6} = 1 + \frac{2\sqrt{2}}{3} $。
**答案:** $\boxed{1 + \frac{2\sqrt{2}}{3}}$
解析
考查要点:本题主要考查定积分的计算、分段函数的处理以及平面图形面积的求解方法。关键在于正确处理绝对值函数的积分,并确定函数与x轴的交点,进而分段计算面积。
解题思路:
- 分段处理绝对值积分:将积分区间分为$[-1,0)$和$[0,x]$两部分,分别计算被积函数$1-|t|$的表达式。
- 求函数表达式:根据积分结果,得到$f(x)$在不同区间的显式表达式。
- 确定交点:解方程$f(x)=0$,找到函数与x轴的交点,确定积分区间。
- 分段计算面积:在不同区间内计算函数与x轴围成的面积,注意积分的绝对值处理。
分段积分求$f(x)$表达式
当$-1 \leq x < 0$时
此时$t \in [-1, x]$,均为负数,故$|t| = -t$,被积函数为$1 - (-t) = 1 + t$。积分得:
$f(x) = \int_{-1}^{x} (1 + t) \, dt = \left[ t + \frac{t^2}{2} \right]_{-1}^{x} = \frac{(x+1)^2}{2}.$
当$x \geq 0$时
积分区间分为$[-1,0)$和$[0,x]$:
- 第一部分:$\int_{-1}^{0} (1 + t) \, dt = \frac{1}{2}$;
- 第二部分:$\int_{0}^{x} (1 - t) \, dt = x - \frac{x^2}{2}$;
- 总和:$f(x) = \frac{1}{2} + x - \frac{x^2}{2} = -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2}$。
确定函数与x轴的交点
- 当$x = -1$时,$f(-1) = 0$;
- 当$x \geq 0$时,解方程$-\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} = 0$,得$x = 1 + \sqrt{2}$。
分段计算面积
$-1 \leq x < 0$部分
$\text{面积} = \int_{-1}^{0} \frac{(x+1)^2}{2} \, dx = \frac{1}{6}.$
$0 \leq x \leq 1 + \sqrt{2}$部分
$\text{面积} = \int_{0}^{1+\sqrt{2}} \left( -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} \right) \, dx = \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6}.$
总面积
$\text{总面积} = \frac{1}{6} + \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6} = 1 + \frac{2\sqrt{2}}{3}.$