跳到正文
IGCSE·Tuition
高级数学 · 课程

求曲线与坐标轴之间的面积

积分做对了,题目一问面积,答案却还是丢了分。

本页内容
  1. 积分究竟在衡量什么?
  2. 面积题的书写步骤
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

要求曲线与 x 轴之间的面积,先对函数积分,再用上限的值减去下限的值。本课处理始终在 x 轴上方的曲线,下一课再处理穿过 x 轴的曲线。

这项技能出现在微积分题的后半部分,前面已经练过微分和积分。它是面积与运动的第一课,需要用到正确积分幂函数并处理常数和用正确上下限计算定积分。

积分究竟在衡量什么?

想象把区域切成很多非常薄的竖条。每一条的高度是 y,宽度很小,所以面积约为 y × 宽度。把 x = a 到 x = b 的所有竖条加起来,就得到 y 从 a 到 b 的定积分。

如果 F 是 y 的原函数,面积就是 F(b) − F(a)。积分常数会抵消,所以不必写。

面积题的书写步骤

  1. 确定上下限。 用题目给的 x 值;如果区域由曲线和轴围成,就解 y = 0。
  2. 快速画草图。 确认曲线在上下限之间位于 x 轴上方。跳过这一步,就会漏掉符号变化。
  3. 积分每一项:幂加一,再除以新的幂。
  4. 先代入上限,再代入下限,各自放在括号里。
  5. 相减并化简。如果题目有单位,答案写平方单位。

例题

求曲线 y = 3x² + 2、x 轴以及直线 x = 1 和 x = 3 之间的面积。

第 1 步,上下限: x = 1 和 x = 3。曲线 3x² + 2 恒为正,所以始终在轴上方。

第 2 步,积分: 3x² 变成 x³,2 变成 2x,所以 F(x) = x³ + 2x。

第 3 步,上限: F(3) = 27 + 6 = 33。

第 4 步,下限: F(1) = 1 + 2 = 3。

第 5 步,相减: 33 − 3 = 30。

面积 = 30 平方单位。

检查: x = 1 时高度为 5,x = 3 时高度为 29,宽度是 2,所以面积应介于 10 和 58 之间。曲线向上弯,面积会略小于梯形面积 (5 + 29)/2 × 2 = 34,30 符合。

要留意的错误

常见的失误是只代入上限就停下来。

错误答案: F(3) = 33,所以面积是 33。

学生把积分当成“到 x = 3 为止的面积”,忘了区域是从 x = 1 开始的。

纠正方法是每次都写出两个括号:F(3) − F(1)。下限会去掉 x = 1 左边的面积。这里它的值是 3,所以答案从 33 降到 30。

自我检测

先在纸上做,再打开每个答案。

1. 求 y = 2x + 3、x 轴、x = 0 和 x = 4 之间的面积。

显示答案

F(x) = x² + 3x。F(4) = 16 + 12 = 28,F(0) = 0。面积 = 28 − 0 = 28。

用梯形检查:高度 3 和 11,宽度 4,所以 ½ × (3 + 11) × 4 = 28。

28 平方单位

2. 求 y = √x 在 x = 0 到 x = 9 之间的面积。

显示答案

把 √x 写成 x1/2。F(x) = (2/3) x3/2。F(9) = (2/3) × 27 = 18,F(0) = 0。

18 平方单位

3. 曲线 y = x(4 − x) 与 x 轴交于两点。求曲线与轴围成的区域面积。

显示答案

根为 x = 0 和 x = 4,两根之间曲线在轴上方。展开:y = 4x − x²。F(x) = 2x² − x³/3。

F(4) = 32 − 64/3 = 32/3,F(0) = 0。

32/3 平方单位(10⅔)

接下来学什么

下一课看面积符号改变时该怎么办,然后用无计算器步骤训练器练习上下限里的分数运算。二次函数结构探索器可以帮你在积分前找出根并画出抛物线草图。

如果你积分没问题,却难以判断题目要什么,一对一线上附加数学补习的老师可以用你自己的练习卷,一题一题带你读懂题目问的是哪个量。

常见问题

为什么求面积要用 F(b) 减去 F(a)?

原函数 F 给出从某个起点累积的面积。用 F(b) 减去 F(a),就去掉了 x = a 之前的所有面积,只剩下 a 到 b 之间的部分。积分常数在相减时互相抵消,所以定积分里不需要写它。

面积题里需要写 +c 吗?

不需要。在定积分中,+c 同时出现在 F(b) 和 F(a) 里,相减时抵消。写了也不算错,只是多余。它在其他题型中才重要,例如由斜率求曲线,那是另一项技能。

怎么知道面积的上下限?

题目要么直接给出 x 的值,要么描述由曲线和 x 轴围成的区域。后一种情况,先令曲线等于零,求出它与轴相交的位置,这些根就是上下限。画一个简单草图可以确认区域。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Additional Mathematics 0606 syllabus page

更新于:

下一步

如果积分做得很干净,面积分却总是溜走,一对一的老师可以看你的书面步骤,指出究竟哪一行改变了答案。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

家长:在这里咨询

  • 已通过我们的服务帮助 9,000+ 名学生
  • 9+ 年帮助 IGCSE 学生