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_____.
题目解答
答案
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。
解题核心思路:
- 分段处理被积函数:由于被积函数$1-|t|$在$t \geq 0$和$t < 0$时表达式不同,需分区间积分。
- 确定函数表达式:根据积分上下限$x$的位置,将积分分为$[-1,0)$和$[0,x]$两部分计算。
- 求交点与分界点:找到函数$f(x)$与$x$轴的交点,确定积分区间。
- 分段计算面积:对每个区间分别积分,注意取绝对值求面积。
破题关键点:
- 分段积分:正确处理绝对值函数的分段性。
- 二次方程求解:确定函数与$x$轴的第二个交点。
- 面积叠加:将总面积拆分为两部分积分之和。
1. 求$f(x)$的表达式
-
当$-1 \leq x < 0$时:
$t \in [-1, x] \subset [-1, 0)$,故$|t| = -t$,被积函数为$1 + t$。
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:
积分分为两部分:$\int_{-1}^0 (1 + t) \, dt + \int_{0}^x (1 - t) \, dt$。
计算得:
$f(x) = \frac{1}{2} + \left( x - \frac{x^2}{2} \right) = -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2}.$
2. 确定与$x$轴的交点
- $x = -1$:显然$f(-1) = 0$。
- $x \geq 0$时:解方程$-\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} = 0$,得$x = 1 + \sqrt{2}$(舍去负根)。
3. 计算面积
-
从$-1$到$0$:
$f(x) \geq 0$,面积为:
$\int_{-1}^0 \frac{(x+1)^2}{2} \, dx = \frac{1}{6}.$ -
从$0$到$1 + \sqrt{2}$:
$f(x) \geq 0$,面积为:
$\int_{0}^{1+\sqrt{2}} \left( -\frac{x^2}{2} + x + \frac{1}{2} \right) \, dx = \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6}.$
4. 总面积
将两部分面积相加:
$\frac{1}{6} + \frac{5 + 4\sqrt{2}}{6} = 1 + \frac{2\sqrt{2}}{3}.$