定积分是积分结果在两个界限之间的变化量。先积分,再代入上限,再代入下限,最后相减。
本课属于 SPM 附加数学积分单元,建立在求不定积分和积分常数之上。
怎样计算一个定积分?
把积分结果写进方括号,标上限,然后相减。记法是 [F(x)] 从 a 到 b,等于 F(b) − F(a)。
计算 ∫ (2x + 3) dx,x 从 1 到 3:
[x² + 3x] = (3² + 3×3) − (1² + 3×1) = (9 + 9) − (1 + 3) = 18 − 4 = 14。
再算 ∫ (3x² − 2x) dx,x 从 0 到 2:[x³ − x²] = (8 − 4) − (0 − 0) = 4。
例题:积分限含有未知数
已知 ∫ 2x dx,x 从 1 到 k,结果等于 15,且 k > 1,求 k。
[x²] 从 1 到 k,得 k² − 1。
所以 k² − 1 = 15,即 k² = 16,k = 4 或 k = −4。
条件 k > 1 把 −4 舍去,所以 k = 4。检验:4² − 1 = 15。
会丢分的写法
常见错误是只代入上限,或者把相减的方向写反。这两种错误算出的数都不对,但草稿看上去很整齐。
以 ∫ (2x + 3) dx,x 从 1 到 3 为例:
| 步骤 | 错误写法 | 正确写法 |
|---|---|---|
| 代入 | 只代上限,得 18 | 上限 18,下限 4 |
| 相减 | 没有相减 | 18 − 4 |
| 方向 | 4 − 18 = −14 | 上限减下限 |
| 答案 | 18 或 −14 | 14 |
有一个简单的习惯可以避免这类错误:上限、下限各写在自己的括号里,最后才相减。
可以用哪些性质省时间?
考试里有两条性质很实用:
- 相邻的区间可以合并:从 a 到 b 的积分加上从 b 到 c 的积分,等于从 a 到 c 的积分。
- 常数倍可以提出来:k f(x) 的积分等于 k 乘以 f(x) 的积分。
若 f(x) 从 1 到 4 的积分是 7,则 (2f(x) + 3) 从 1 到 4 的积分 = 2(7) + 3(4 − 1) = 14 + 9 = 23。常数 3 在长度为 3 的区间上,积分是 3 × 3 = 9。
自测
计算 ∫ (x² + 1) dx,x 从 −1 到 2。再求 k,使 ∫ 3x² dx,x 从 0 到 k,结果等于 27。
答案
[x³/3 + x] 从 −1 到 2 = (8/3 + 2) − (−1/3 − 1)。
第一个括号是 14/3,第二个括号是 −4/3。所以结果是 14/3 + 4/3 = 18/3 = 6。
第二部分:[x³] 从 0 到 k,得 k³ = 27,所以 k = 3。
接下来学什么
下一课把积分变成面积。请继续求曲线与坐标轴之间的面积,那里要特别留意积分结果的正负号。之后用本章练习检验整章。