Теорема. Если плоская фигура (рис. 1) ограничена линиями , где для всех , и прямыми
, , то её площадь вычисляется по формуле:
(11)
Пример. Найти площадь фигуры, ограниченной линиями:
Рис. 1 | Рис. 2 |
Решение. Построим схематический рисунок (рис. 2). Для построения параболы найдём координаты её вершины и направим верви параболы вверх. Для построения прямой достаточно двух точек, например и .
Площадь S фигуры, ограниченной обеими линиями (она отмечена на рис. 2 штриховкой) вычислим согласно формуле (11). Для определения нижнего и верхнего пределов интегрирования в этой формуле составим и решим уравнение Итак, имеем
Площадь полученной фигуры найдем по формуле (11), при (поскольку для всех ), получаем:
Вычисление площадей фигур, ограниченных линиями, заданными
Параметрически
Площадь криволинейной трапеции, ограниченной сверху кривой, заданной параметрически уравнениями где функции и имеют непрерывные производные для всех , и функция y (t) сохраняет знак на промежутке прямыми x = a, x = b, где a = x (t 0), b = x (t 1), и осью OX, вычисляется по формуле:
(12)
Пример. Найти площадь фигуры, ограниченной линиями, заданными параметрически:
Решение.
Для построения фигуры составим таблицу значений координат (x, y)
точек кривой, соответствующих различным значениям параметра
t | 0 | ||||
x | 2 | 0 | –2 | 0 | 2 |
y | 0 | 3 | 0 | –3 | 0 |
Рис. 3 |
Нанесём точки (x, y) на координатную плоскость XOY и соединим их плавной линией. Когда параметр изменяется от до , соответствующая точка описывает эллипс (известно, что – параметрические формулы, задающие эллипс с полуосями a и b). Учитывая симметрию фигуры относительно координатных осей OX и OY, найдём её площадь S, умножив на 4 площадь криволинейной трапеции AOB. Согласно формуле (12) получим:
Заметим, что для вычисления площади по формуле (9), построение чертежа не является обязательным, а носит иллюстративный характер.
Длина дуги плоской кривой
Вычисление длины дуги плоской кривой в декартовых
Координатах
Если кривая задана уравнением , функция имеет непрерывную производную при всех , то длина дуги (рис. 4) этой кривой, заключённой между точками и
Рис. 4 |
вычисляется по формуле:
(13)