2021高中数学北师大版选修2-2导学案：《定积分的概念》.docx

第1课时定积分的概念1.理解连续函数的概念,会依据函数图像推断函数是否连续.2.会用分割、近似替代、求和、取极限等方法求曲边为二次函数曲线段的曲边梯形的面积.3.会求汽车做变速运动时在某一段时间内行驶的路程.4.通过求变速直线运动在某一段时间内的行驶路程,体会“以直代曲”和“以不变代变”的思想方法.5.了解定积分的概念,会通过四步曲求连续函数的定积分.6.了解定积分的几何意义及性质.我们学过正方形、长方形、三角形和梯形等平面“直边图形”的面积,在物理中,我们知道了匀速直线运动的时间、速度与路程的关系等.在数学和物理中,我们经常会遇到计算平面曲线所围成的平面“曲边图形”的面积、变速直线运动物体的位移、变力做功的问题.如何解决这些问题呢?由于现有的学问无法解决这些问题,所以我们需要另寻方法.问题1:求曲边梯形面积的步骤是(1);(2);(3);(4).问题2:定积分的定义一般地,给定一个在区间a,b上的函数y=f(x),将a,b区间分成n份,分点为a=x0x1x2xn-1xn=b.第i个小区间为xi-1,xi,设其长度为xi,在这个小区间上取一点i,使f(i)在区间xi-1,xi上的值最大,设S=f(1)x1+f(2)x2+f(i)xi+f(n)xn.在这个小区间上取一点i,使f(i)在区间xi-1,xi上的值最小,设s=f(1)x1+f(2)x2+f(i)xi+f(n)xn.假如每次分割后,最大的小区间的长度趋于0,S与s的差也趋于0,此时,S与s同时趋于某一个,我们就称是函数y=f(x)在区间a,b上的,记作ab f(x)dx,即ab f(x)dx=A.其中叫作,a叫作积分的,b叫作积分的,f(x)叫作.问题3:定积分的几何意义假如在区间a,b上函数f(x)连续且恒有,那么定积分ab f(x)dx表示由直线x=a,x=b(ab),x轴和曲线y=f(x)所围成的曲边梯形的.问题4:定积分的性质(1)ab 1dx=;(2)ab kf(x)dx=(k为常数);(3)ab f1(x)f2(x)dx=;(4)ab f(x)dx=ac f(x)dx+cb f(x)dx(其中acb).1.把区间1,3等分n份,所得n个小区间的长度均为().A.1nB.2nC.3nD.12n2.汽车以v=v(t)在0,t内作直线运动经过的路程为S,则下列叙述正确的是().A.将0,t等分n份,若以每个小区间左端点的速度近似替代时,求得的s是S的不足估量值B.将0,t等分n份,若以每个小区间右端点的速度近似替代时,求得的s是S的过剩估量值C.将0,t等分n份,n越大,求出的s近似替代S的精确度越高D.将0,t等分n份,当n很大时,求出的s就是S的精确值3.计算定积分:-11 |x|dx=.4.利用几何意义计算定积分-13 (3x+1)dx.求曲边梯形的面积求由曲线f(x)=2x,直线x=1,直线x=0及x轴所围成的平面图形的面积S,并写出估量值的误差.求变速运动的路程一辆汽车在直线形大路上变速行驶,汽车在时刻t的速度为v(t)=-t2+5(单位:km/h).试估量这辆汽车在0t2(单位:h)这段时间内行驶的路程.利用定积分的几何意义求定积分用定积分的几何意义求下列各式的值.(1)-11 4-x2dx;(2)252 (1+sin x)dx.估量直线x=0,x=1,y=0与曲线y=x3所围成的曲边梯形的面积.一辆汽车的司机猛踩刹车,汽车滑行5 s后停下,在这一过程中,汽车的速度v(单位:m/s)是时间t的函数:v(t)=t2-10t+25(0t5).请估量汽车在刹车过程中滑行的距离s.计算-33 (9-x2-x3)dx的值.1.函数f(x)=x2在区间i-1n,in上().A.f(x)的值变化很小B.f(x)的值变化很大C.f(x)的值不变化D.当n很大时,f(x)的值变化很小2.求由y=ex,x=2,y=1围成的曲边梯形的面积时,若选择x为积分变量,则积分区间为().A.0,e2B.0,2C.1,2D.0,13.把区间a,b(ab)等分n份之后,第i个小区间是.4.依据定积分的几何意义求下列定积分的值:(1)-11 xdx;(2)02 cos xdx.已知甲、乙两车由同一起点同时动身,并沿同一路线(假定为直线)行驶.甲、乙两车的速度曲线分别为v甲、v乙(如图所示).那么对于图中给定的t0和t1,下列推断中肯定正确的是().A.在t1时刻,甲车在乙车前面B.t1时刻后,甲车在乙车后面C.在t0时刻,两车的位置相同D.t0时刻后,乙车在甲车前面考题变式(我来改编):答案第四章定积分第1课时定积分的概念学问体系梳理问题1:(1)分割(2)近似替代(3)求和(4)靠近问题2:固定的常数AA定积分积分号下限上限被积函数问题3:f(x)0面积问题4:(1)b-a(2)kabf(x)dx(3)abf1(x)dxabf2(x)dx基础学习沟通1.B区间的总长度为2,则每个区间的长度为2n,2.C当n越大时,分割成的小区间长度越小,则求出的s近似替代S的精确度越高.3.1-11 |x|dx表示由y=|x|,x=1以及x轴所围成的平面图形的面积, -11x|dx=-10 (-x)dx+01 xdx=1211+1211=1.4.解:由直线x=-1,x=3,y=0,以及y=3x+1所围成的图形,如图所示:-133x+1)dx表示由直线x=-1,x=3,y=0以及y=3x+1所围成的图形在x轴上方的面积减去在x轴下方的面积,-133x+1)dx=12(3+13)(33+1)-12(-13+1)2=503-23=16.重点难点探究探究一:【解析】(1)分割:将区间0,1等分5份,即插入4个分点,在每个分点处作与y轴平行的直线段,将整个曲边梯形分成5个小曲边梯形.(2)近似替代:若用f(0.2),f(0.4),f(0.6),f(0.8),f(1)分别表示这5个小曲边梯形的高,分别得到每个小曲边梯形的面积f(0.2)0.2,f(0.4)0.2,f(0.6)0.2,f(0.8)0.2,f(1)0.2.若用f(0),f(0.2),f(0.4),f(0.6),f(0.8)分别表示这5个小曲边梯形的高,分别得到每个小曲边梯形的面积f(0)0.2,f(0.2)0.2,f(0.4)0.2,f(0.6)0.2,f(0.8)0.2.(3)求和:由上述方法得曲边梯形面积的过剩估量值为S1=(20.2+20.4+20.6+20.8+21)0.21.55,不足估量值为s1=(20+20.2+20.4+20.6+20.8)0.21.35.(4)靠近:在这种状况下,无论过剩估量值还是不足估量值,误差都不会超过0.20.假如需要,我们可以将区间分得更细,从而得到更精确的估量值.【小结】通过求曲边梯形面积的四个步骤:分割、近似替代、求和、靠近可以理解定积分的基本思想.探究二:【解析】将区间0,2等分10等份,如图:S=(-02+5-0.22+5-1.82+5)0.2=7.72,s=(-0.22+5-0.42+5-1.82+5-22+5)0.2=6.92,估量该车在这段时间内行驶的路程介于6.92 km与7.72 km之间.【小结】解决这类问题的方法是通过分割自变量的区间求得过剩估量值和不足估量值,分割得越细,估量值就越接近精确值.当分割成的小区间的长度趋于0时,过剩估量值和不足估量值都趋于精确值.探究三:【解析】(1)由y=4-x2可知x2+y2=4(y0),其图像如图所示.-114-x2dx等于圆心角为3的弓形CED的面积与矩形ABCD的面积之和.S弓形=12322-1222sin3=23-3,S矩形=ABBC=23,则-114-x2dx=23+23-3=23+3.(2)函数y=1+sin x的图像如图所示,252 (1+sin x)dx表示阴影部分的面积,由图像的对称性可知2521+sinx)dx=S矩形ABCD=2.【小结】利用几何意义求定积分的关键是精确确定被积函数的图像以及积分区间,正确利用相关的几何学问求面积,不规章的图形常用分割法求面积,留意精确的确定分割点.思维拓展应用应用一:将区间0,1等分5份,如图(1),全部小矩形的面积之和(记为S1),明显为过剩估量值,S1=(0.23+0.43+0.63+0.83+13)0.2=0.36.如图(2),全部小矩形的面积之和(记为s1),明显为不足估量值,s1=(03+0.23+0.43+0.63+0.83)0.2=0.16,所以该曲边梯形的面积介于0.16与0.36之间.应用二:将滑行时间5 s平均分成5份.分别用v(0),v(1),v(2),v(3),v(4)近似替代汽车在01 s,12 s,23 s,34 s,45 s内的平均速度,求出滑行距离s1,s1=v(0)+v(1)+v(2)+v(3)+v(4)1=55(m),由于v是下降的,明显s1大于s,我们称它为汽车在5 s内滑行距离的过剩估量值.假如用v(1),v(2),v(3),v(4),v(5)分别近似替代汽车在01 s,12 s,23 s,34 s,45 s内的平均速度,求出汽车在5 s内滑行距离的不足估量值s1,s1=v(1)+v(2)+v(3)+v(4)+v(5)1=30(m).不论用过剩估量值s1还是不足估量值s1表示s,误差都不超过:s1-s1=55-30=25(m).为了得到更加精确的估量值,还可以将滑行时间分得更细些.应用三:如图,由定积分的几何意义得-339-x2dx=322=92,-33x3dx=0,由定积分的性质得-339-x2-x3)dx=-339-x2dx-33x3dx=92.基础智能检测1.D当n很大,即x很小时,在区间i-1n,in上,可以认为f(x)=x2的值变化很小,近似地等于一个常数.2.B求出y=ex,x=2,y=1的交点分别为(0,1),(2,1),(2,e2),结合定积分的几何意义知,积分区间为0,2.3.a+i-1n(b-a),a+in(b-a)第i个区间长为b-an,第i个小区间的左端点的值为a+i-1n(b-a),右端点的值为a+in(b-a),所以区间为a+i-1n(b-a),a+in(b-a).4.解:(1)如图,-11xdx=-A1+A1=0.(2)如图,02cosxdx=A1-A2+A3=0.(A1,A2,A3分别表示图中相应各处面积)全新视角拓展A在t0时刻,两车的速度相等,且之前甲车速度始终大于乙车速度,故甲车在乙车前面.由于路程关于时间的函数是速度关于时间的函数的积分,由积分的几何意义知,速度曲线与t轴及t=t1所围成的面积即为t1时刻车子走过的路程,由图可知甲围成的面积较大,所以t1时刻甲车在乙车的前面.