题目
1.求由曲线y=x^2与直线y=2x+3所围成平面图形的面积.
1.求由曲线$y=x^{2}$与直线y=2x+3所围成平面图形的面积.
题目解答
答案
求曲线 $y = x^2$ 与直线 $y = 2x + 3$ 的交点,解方程 $x^2 = 2x + 3$,得 $x = -1$ 或 $x = 3$。
在区间 $[-1, 3]$ 上,直线在曲线上方,计算定积分:
\[
S = \int_{-1}^{3} [(2x + 3) - x^2] \, dx = \int_{-1}^{3} (-x^2 + 2x + 3) \, dx = \left[ -\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x \right]_{-1}^{3} = \frac{32}{3}.
\]
**答案:** $\boxed{\frac{32}{3}}$
解析
考查要点:本题主要考查利用定积分求平面图形面积的方法,涉及求曲线交点、确定积分上下限以及积分计算。
解题核心思路:
- 确定交点:联立曲线方程,解方程找到交点,确定积分区间。
- 判断上下曲线:在积分区间内,判断哪条曲线在上方,确定被积函数为上方曲线减下方曲线。
- 计算定积分:对被积函数在积分区间内求定积分,得到面积。
破题关键点:
- 正确求解交点:通过解方程$x^2 = 2x + 3$得到$x = -1$和$x = 3$。
- 明确积分区间:交点$x = -1$和$x = 3$确定积分区间为$[-1, 3]$。
- 正确选择被积函数:在区间$[-1, 3]$上,直线$y = 2x + 3$始终在曲线$y = x^2$上方,因此被积函数为$(2x + 3) - x^2$。
步骤1:求曲线交点
联立方程$y = x^2$和$y = 2x + 3$,解得:
$x^2 = 2x + 3 \implies x^2 - 2x - 3 = 0 \implies (x - 3)(x + 1) = 0 \implies x = -1 \text{ 或 } x = 3.$
交点为$(-1, 1)$和$(3, 9)$,积分区间为$[-1, 3]$。
步骤2:判断上下曲线
取区间内任意点(如$x = 0$),代入两曲线:
- $y = x^2 = 0$,
- $y = 2x + 3 = 3$。
直线始终在曲线上方,因此被积函数为$(2x + 3) - x^2$。
步骤3:计算定积分
面积$S$为:
$\begin{aligned}S &= \int_{-1}^{3} \left[(2x + 3) - x^2\right] \, dx \\&= \int_{-1}^{3} (-x^2 + 2x + 3) \, dx \\&= \left[ -\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x \right]_{-1}^{3}.\end{aligned}$
步骤4:代入上下限计算
- 上限$x = 3$:
$-\frac{3^3}{3} + 3^2 + 3 \cdot 3 = -9 + 9 + 9 = 9.$ - 下限$x = -1$:
$-\frac{(-1)^3}{3} + (-1)^2 + 3 \cdot (-1) = \frac{1}{3} + 1 - 3 = -\frac{5}{3}.$ - 面积结果:
$S = 9 - \left(-\frac{5}{3}\right) = \frac{32}{3}.$