Yêu cầu cần đạt
- Nhận biết định nghĩa và các tính chất của tích phân.
- Tính tích phân trong những trường hợp đơn giản.
- Vận dụng tích phân để giải một số bài toán liên quan đến
thực tiễn.
Thuật ngữ: Tích phân · Cận tích phân · Hàm số dưới dấu tích phân
THUẬT NGỮ
- Tích phân
- Cận tích phân
- Hàm số dưới dấu tích phân
KIẾN THỨC, KĨ NĂNG
- Nhận biết định nghĩa và các tính chất của tích phân.
- Tính tích phân trong những trường hợp đơn giản.
- Vận dụng tích phân để giải một số bài toán liên quan đến
thực tiễn.
Một ô tô đang chạy với vận tốc 20 m/s thì người lái đạp
phanh. Sau khi đạp phanh, ô tô chuyển động chậm dần đều
với vận tốc (m/s), trong đó là thời gian tính
bằng giây kể từ lúc đạp phanh. Hỏi từ lúc đạp phanh đến khi
dừng hẳn, ô tô còn di chuyển bao nhiêu mét?
1. Khái niệm tích phân
a) Diện tích hình thang cong
Hình thang cong
Hình phẳng giới hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng , (),
trong đó là hàm liên tục không âm trên đoạn , gọi là một hình thang cong.
Ví dụ 1.
Những hình phẳng được tô màu dưới đây có phải là hình thang cong không?
Giải
Hình 4.4a là hình thang cong giới hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng
, .
Hình 4.4b là hình thang cong giới hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng
, .
HĐ1.
Diện tích của hình thang
Kí hiệu là hình thang vuông giới hạn bởi đường thẳng
, trục hoành và hai đường thẳng , ()
(H.4.3).
a) Tính diện tích của khi .
b) Tính diện tích của khi .
c) Chứng minh rằng là một nguyên hàm của hàm số
, và diện tích .
HĐ2.
Diện tích của hình thang cong
Xét hình thang cong giới hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng , .
Ta muốn tính diện tích của hình thang cong này.
a) Với mỗi , gọi là diện tích phần hình thang cong
đã cho nằm giữa hai đường thẳng vuông góc với trục tại
điểm có hoành độ bằng 1 và (H.4.5).
Cho sao cho . So sánh hiệu với
diện tích hai hình chữ nhật và (H.4.6). Từ đó
suy ra
.
b) Cho sao cho . Tương tự phần a, đánh giá hiệu
và từ đó suy ra
.
c) Từ kết quả phần a và phần b, suy ra với mọi , ta có
.
Từ đó chứng minh , .
Người ta chứng minh được , , tức là
là một nguyên hàm của trên .
d) Từ kết quả của phần c, ta có . Sử dụng điều
này với lưu ý và diện tích cần tính , hãy
tính .
Gọi là một nguyên hàm tuỳ ý của trên . Hãy so sánh và .
Tổng quát, ta có:
Nếu hàm số liên tục và không âm trên đoạn
, thì diện tích của hình thang cong giới hạn
bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng
, là , trong đó là một
nguyên hàm của hàm số trên đoạn .
Ví dụ 2.
Tính diện tích của hình thang cong giới hạn bởi đồ thị
hàm số , trục hoành và hai đường thẳng , .
Lời giải
Giải (H.4.8)
Một nguyên hàm của hàm số là .
Do đó, diện tích của hình thang cong cần tính là
.
b) Định nghĩa tích phân
HĐ3.
Nhận biết khái niệm tích phân
Giả sử là hàm số liên tục trên đoạn , và
là hai nguyên hàm tuỳ ý của trên đoạn .
Chứng minh rằng .
Từ đó, ta có định nghĩa sau:
G(x) = F(x) + C, C là hằng số.
Cho là hàm số liên tục trên đoạn . Nếu là một nguyên hàm của hàm số
trên đoạn thì hiệu số được gọi là tích phân từ đến của hàm số ,
kí hiệu là .
a) Hiệu thường được kí hiệu là .
Như vậy
.
b) Ta gọi là dấu tích phân, là cận dưới, là cận trên,
là biểu thức dưới dấu tích phân và là hàm số
dưới dấu tích phân.
c) Trong trường hợp hoặc , ta quy ước:
; .
Tích phân không phụ thuộc vào
cách kí hiệu biến:
.
Ví dụ 3.
Tính:
a) ;
b) ;
c) ;
d) .
Lời giải
Giải
a) .
b) .
c) .
d) .
Luyện tập 1.
Tính:
a) ;
b) ;
c) ;
d) .
Từ Định lí 1 và định nghĩa tích phân, ta có
Ý nghĩa hình học của tích phân:
Nếu hàm số liên tục và không âm trên đoạn , thì
là diện tích của hình thang cong giới
hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng ,
(H.4.9). Vậy
.
Ví dụ 4.
Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tính:
a) ;
b) .
Lời giải
Giải
a) Tích phân cần tính là diện tích của hình thang vuông
, có đáy nhỏ , đáy lớn và đường cao
(H.4.10). Do đó:
.
b) Ta có là phương trình nửa phía trên trục
hoành của đường tròn tâm tại gốc toạ độ và bán
kính 1. Do đó, tích phân cần tính là diện tích nửa phía
trên trục hoành của hình tròn tương ứng (H.4.11).
Vậy .
Luyện tập 2.
Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tính:
a) ;
b) .
Lưu ý .
Vận dụng 1.
Giải quyết bài toán ở tình huống mở đầu.
2. Tính chất của tích phân
HĐ4.
Nhận biết tính chất của tích phân
Tính và so sánh:
a) và ;
b) và ;
c) và .
Tính chất của tích phân:
Cho , là các hàm số liên tục trên đoạn . Khi đó, ta có
1) ( là hằng số);
2) ;
3) ;
4) ().
Ví dụ 3. Tính:
a)
b)
c)
d)
Giải
a)
b)
c)
\d)
Luyện tập 1. Tính:
Luyện tập 1. Tính:
a)
b)
c)
d)
Từ Định lí 1 và định nghĩa tích phân, ta có
Ý nghĩa hình học của tích phân:
Nếu hàm số liên tục và không âm trên đoạn [a; b], thì
tích phân là diện tích S của hình thang cong giới
hạn bởi đồ thị , trục hoành và hai đường thẳng
(H.4.9). Vậy
Ví dụ 4. Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tính:
a)
b)
a) Tích phân cần tính là diện tích của hình thang vuông
OABC, có đáy nhỏ đáy lớn và đường cao
(H.4.10). Do đó:
b) Ta có là phương trình nửa phía trên trục
hoành của đường tròn tâm tại gốc toạ độ O và bán
kính 1. Do đó, tích phân cần tính là diện tích nửa phía
trên trục hoành của hình tròn tương ứng (H.4.11).
Vậy
Luyện tập 2. Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tỉnh:
Luyện tập 2. Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tỉnh:
a)
b)
Lưu ý .
Vận dụng 1. Giải quyết bài toán ở tình huống mở đầu.
Vận dụng 1. Giải quyết bài toán ở tình huống mở đầu.
2. Tính chất của tích phân
HĐ4. Nhận biết tính chất của tích phân
HĐ4. Nhận biết tính chất của tích phân
Tính và so sánh:
a)
)
b)
c)
Tính chất của tích phân:
1) (k là hằng số);
2)
3)
4)
Ví dụ 5. Tính:
b) C)
Giải
a)
b)
\c)
Luyện tập 3. Tính các tích phân sau:
Luyện tập 3. Tính các tích phân sau:
a)
b)
c)
Ví dụ 6. Tính $\int_{0}^{3}|x-2|dx.$
Ta có:
Luyện tập 4. Tính
Luyện tập 4. Tính
Vận dụng 2. Giá trị trung bình của hàm số liên tục $f(x)$ trên đoạn [a; b] được định nghĩa là
Vận dụng 2. Giá trị trung bình của hàm số liên tục trên đoạn [a; b] được định nghĩa là
Giả sử nhiệt độ (tính bằng °C) tại thời điểm t giờ trong khoảng thời gian từ 6 giờ sáng đến
12 giờ trưa ở một địa phương vào một ngày nào đó được mô hình hoá bởi hàm số
.
Tìm nhiệt độ trung bình vào ngày đó trong khoảng thời gian từ 6 giờ sáng đến 12 giờ trưa.
Bài tập
4.8. Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tính:
4.8. Sử dụng ý nghĩa hình học của tích phân, tính:
a)
b)
4.9. Cho $\int_{0}^{3}f(x)dx=5$ và $\int_{0}^{3}g(x)dx=2.$ Tinh:
4.9. Cho và Tinh:
a)
b)
c)
d)
4.10. Tính:
4.10. Tính:
a)
dx; b)
c
d)
4.11. Một vật chuyển động dọc theo một đường thẳng sao cho vận tốc của nó tại thời điểm (giây) là $v(t)=t^{2}-t-6$ (m/s).
4.11. Một vật chuyển động dọc theo một đường thẳng sao cho vận tốc của nó tại thời điểm
(giây) là (m/s).
a) Tìm độ dịch chuyển của vật trong khoảng thời gian tức là tỉnh
.
b) Tìm tổng quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian này, tức là tính
.
4.12. Giả sử lợi nhuận biên (tính bằng triệu đồng) của một sản phẩm được mô hình hoá bằng công thức $P^{\prime}(x)=-0,0005x+12,2$.
4.12. Giả sử lợi nhuận biên (tính bằng triệu đồng) của một sản phẩm được mô hình hoá
bằng công thức
.
Ở đây là lợi nhuận (tính bằng triệu đồng) khi bán được x đơn vị sản phẩm.
a) Tìm sự thay đổi của lợi nhuận khi doanh số tăng từ 100 lên 101 đơn vị sản phẩm.
b) Tìm sự thay đổi của lợi nhuận khi doanh số tăng từ 100 lên 110 đơn vị sản phẩm.
4.13. Giả sử vận tốc v của dòng máu ở khoảng cách từ tâm của động mạch bán kính R không đổi, có thể được mô hình hoá bởi công thức $v=k(R^{2}-r^{2})$,
4.13. Giả sử vận tốc v của dòng máu ở khoảng cách từ tâm của động mạch bán kính R
không đổi, có thể được mô hình hoá bởi công thức
,
trong đó k là một hằng số. Tìm vận tốc trung bình (đối với r) của động mạch trong
khoảng So sánh vận tốc trung bình với vận tốc lớn nhất.
Xem bản PDF nguyên trang sách: Toán 12 tập 2 – Kết nối tri thức với cuộc sống (trang 14–18).
