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高中數(shù)學(xué)第一章1.5《曲邊梯形的面積 汽車行駛的路程》(選修2-2)

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課堂提問

課程內(nèi)容

《曲邊梯形的面積 汽車行駛的路程》
一、求曲邊梯的面積
1、曲邊梯形:在直角坐標(biāo)系中,由連續(xù)曲線y=f(x),直線x=a、x=b及x軸所圍成的圖形叫做曲邊梯形。
2、如何求曲邊梯形的面積?

將曲邊梯形分成N個小梯形,并用小矩形陳形的面積替小曲邊梯形面積,于是曲邊梯形的面積A近似為。
3、舉例:例1。求拋物線y=x2、直線x=1和x軸所圍成的曲邊梯形的面積。
(1)分割把區(qū)間[0,1]等分成n個小區(qū)間[0,1/n],[1/n,2/n],……,[(i-1)/n,i/n],……[(n-1)/n,n/n],每個區(qū)間的長度為
Dx=i/n-(i-1)/n=1/n
過各區(qū)間端點作x軸的垂線,從而得到n個小曲邊梯形,他們的面積分別記作DS1,DS2…,DSi,…DSn。
(2)近似代替(不足近似值)
DSi
≈f((i-1)/n) Dx=((i-1)/n21/n)
(3)求和
DS=DS1+DS2+……+DSn=(nΣi=1) DSi
(nΣi=1)f((i-1)/n)1/n=(nΣi=1)2 1/n
=1/n3[02+12+22+……+(n-1)2]
12+22+32+……+n2=n(n+1)(2n+1)/6
S1/n3 1/6(n-1)n(2n-1)=1/6(1-1/n)(2-1/n)
(4)取極限
當(dāng)分割的人數(shù)無限增多,即n
àμ,DXà0時,S1/6(1-1/n)(2-1/n)à1/3
所以S=1/3。
我們還可以從數(shù)值上可以看出這一變化趨勢(請見表)

 區(qū)間[0,1]的等分?jǐn)?shù)n S近似值S
 2  0.125 000 00
 4  0.218 750 00
 8  0.273 437 50
 16  0.302 734 50
 32  0.317 871 09
 64  0.325 561 52
 128  0.329 427 26
 256  0.331 382 75
 512  0.332 327 41
 1024  0.332 845 21
 2048  0.33 089 23
 ……  ……

小結(jié):求由連續(xù)曲線y=f(x)對應(yīng)的曲邊梯形面積的方法
(1)分割   (2)近似代替   (3)求和   (4)取極限
把這些矩形面積相加作為整個曲邊形面積S的近似值。
有理由相信,分點越來越密時,即分割越來越細(xì)時,矩形面積和的極限即為曲邊形的面積。
[點評](1)分割的目的在于更精確地“以直代曲”。上例中以“矩形”代替“曲邊梯形”,隨著分割的等份數(shù)增多,這種“代替”就越精確,當(dāng)n愈大時,所有小矩形的面積就愈逼近曲邊梯形的面積。
(2)在“近似代替”中,教材在每一個小區(qū)間[(i-1/n,i/n)]上取左端,事實上可以用取右端點或區(qū)間上的任意點,前面我們已經(jīng)驗證了取右端點時的情形。
(3)求曲邊梯形的面積,通常采用分割、近似代替,求和,取極限的方法。
二、求汽車行駛的路程

上圖中:所有粘矩形之和,其極限就是由直線x=0,x=1和曲線v(t)=t2+2所圍成的曲邊梯形的面積,即路程S
與求曲邊梯形面積類似,我們采取“以不變代變”的方法,把求變速直線運動的路程問題?;瘹w為求勻速直線運動的路問題,即將區(qū)間[0,1]等分成n個小區(qū)間,在每個小區(qū)間上,由于v(t)變化很小,可以認(rèn)為汽車近似于作勻速直線運動,從而求和得的近似值,最后讓n趨向于無窮大就得到S的精確值。
解:1.分割
在時間區(qū)間[0,1]上等間隔地插入n-1個點,將區(qū)間[0,1]等分成n個區(qū)間:
[0,1/n],[1/n,2/n],…,[(n-1)/n,1]記第i個區(qū)間為[(i-1)/n,i/n](i=1,2,…,n),其長度為△t=i/n-(i-1)/n
把汽車在時間段[0,1/n],[1/n,2/n],…,[(n-1)/n,1]上行駛路程分別記作:△S1,△S2,…,△Sn
顯然,S=(nΣi=1)△Si
(2)近似代替 當(dāng)n很大,△t很小時,在區(qū)間[(i-1)/n,i/n]上,可以認(rèn)為函數(shù)v(t)=-t2+2的值變化很小,近似等于一個常數(shù),不妨認(rèn)為它近似等于左端點(i-1)/n處的函數(shù)值v(i-1/n)=-((i-1)/n)+2,從物理意義上看,即使汽車在時間段[(i-1)/n,i/n](i=1,2,……,n)上的速度變化很小,不妨認(rèn)為它近似地以時刻(i-1)/n處的速度v(i-1)/n=-((i-1)/n)2+2作勻速直線運動。
即汽車在局部小范圍內(nèi)“以勻速代變速”,于是用小矩形的面積△S'近似代替△St,則有
△Si≈△St''=v((i-1)/n)2.1/n+2/n(i=1,2…,n)①
(3)求和,由①得
Sn=(nΣi=1)△St'=(nΣi=1)v{(i-1)/n}△t
=(nΣi=1)[-((i-1)/n2).1/n+2/n]
=0.1/n-(1/n)2.1/n-…-((n-1)/n)2.1/n+2
=-1/n3 [12+22+…+(n-1)2]+2
=-1/n3{(n-1)n(2n-1)/6}+2=-1/3(1-1/n)(1-2n)+2
從而得到S的近似值S≈Sn=-1/3(1-1/n)(1-1/n)+2
(4)取極限
當(dāng)n趨向于無窮大時,即△t趨向于0時,Sn=-1/3(1-1/n)(1-1/2n)+2趨向于S,
從而有S=LimSn n→∞
      =LimSn n→∞[-1/3(1-1/n)(1-1/2n)+2]=5/3
思考:結(jié)合求曲邊梯形面積的過程,你認(rèn)為汽車行駛的路程S與由直線t=0,t=1,V=0和曲線v=-t2+2所圍成的曲邊梯形的面積有什么關(guān)系?
結(jié)合上述解過程可知,汽車行駛的路程S=LimSn n→∞ 在數(shù)據(jù)上等于由直線t=0,t=1,v=0和曲線v=-t2+2所圍成的曲邊梯形的面積。
結(jié)論:一般地,如果物體做變速直線運動,速度函數(shù)為v=v(r)那么我們也可以采用分割、近似代替,求和、取極限的方法,利用“以不變代變”的方法及無限逼近的思想,求出它在a≤t≤b內(nèi)所作的位移S。

 

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楊老師

女,中教高級職稱

教學(xué)功底扎實,教學(xué)經(jīng)驗豐富,對知識體系有深厚的了解。

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[河南省商丘市] 講的很好

136****3248

2020-02-27 15:15:50

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