1. Trang chủ
  2. » Trung học cơ sở - phổ thông

Chuyên đề Tích phân và ứng dụng (tài liệu dùng cho học sinh ôn tập TN THPT)

14 10 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

IV Ứng dụng tích phân tính diện tích hình phẳng và thể tích: 1 Diện tích hình phẳng: Cơ sở lí thuyết:  Diện tích hình phẳng giới hạn bởi đồ thị các hàm số y = fx liên tục; x= a; x= b và[r]

(1)Trường THPT Nguyễn Huệ Chuyên đề: Tài liệu dùng cho học sinh ôn tập TN THPT Năm học 2010 – 2011 Chuyên đề : TÍCH PHÂN và ỨNG DỤNG Lop12.net (2) Trường THPT Nguyễn Huệ (Tài liệu dùng cho học sinh ôn tập TN THPT) A) Tóm tắt kiến thức bản: Để học tốt chương tích phân, các em học sinh cần nhớ các kiến thức sau : 1) Bảng các nguyên hàm: Bảng nguyên hàm Nguyên hàm hàm số sơ cấp thường gặp  kdx  kx  C  dx  x  C  x  dx  x  1  C   1  1  x a x dx  ax  C 0  a  1 ln a   1 a e ax  b  C   1 ax b e C a dx    1 dx  tan ax  b   C a cos ax  b  1 dx   cot ax  b   C a sin ax  b  2) Các tính chất tích phân: Cho các hàm số f(x) và g(x) liên tục trên [a; b] b a a b   f ( x)dx  ;  f ( x)dx    f ( x)dx a b b   k f ( x)dx  k  f ( x)dx a b u  1  C   1  1 du  u  ln u  C u  0  e du  e  C u au  C 0  a  1 ln a cos udu  sin u  C    sin udu   cos u  C a u dx   sinax  bdx   a cosax  b  C a  u  du  u 1 dx  tan x  C cos x dx   cot x  C sin x Nguyên hàm hàm số hợp  du  u  C  cosax  bdx  a sinax  b  C  cos xdx  sin x  C  sin xdx   cos x  C  ax  b    ax  b dx   1 dx  ax  b  a ln ax  b  C x  0 dx  x  ln x  C x  0  e dx  e  C x Nguyên hàm hàm số hợp đơn giản ( k là số) a b b   [ f ( x)  g ( x)]dx   f ( x)dx   g ( x)dx a b c a b a a a c   f ( x)dx   f (c)dx   f ( x)dx ( với a < c < b ) 3) Các công thức lượng giác: a) Công thức nhân đôi: * sin2a = 2sina.cosa * cos2a = cos2a – sin2a = 2cos2a – = – 2sin2a b) Công thức hạ bậc: Lop12.net  cos u  sin u du  tan u  C du   cot u  C (3) Trường THPT Nguyễn Huệ  cos 2a  cos 2a * cos2a = * sin2a = c) Công thức biến đổi tích thành tổng: * sin a.cos b  sin(a  b)  sin(a  b) * sin a.sin b    cos(a  b)  cos(a  b) * cos a.cos b   cos(a  b)  cos(a  b) 4) Các công thức lũy thừa và bậc n: Với điều kiện xác định a, b, m, n ta có : * n a a n và n a a m m n n a na  n b b * a0 = 1; a1 = a ; a-n = n a * n a n b  n a.b ;     * a a  a ; a  a    a  *  a.b   a a  a b ;     b b   *  a   a   5) Các đẳng thức đáng nhớ: * a2 – b2 = (a+b)(a – b) *  a  b   a  2ab  b * a  b3  (a  b)(a  a.b  b ) *  a  b   a  3a 2b  3ab  b3 B) Ví dụ và bài tập: I) Tích phân bản: Tích phân là các tích phân mà việc tính không cần phải áp dụng phương pháp phần hay đổi biến Tuy các em học sinh cần lưu ý không nghĩa là dễ làm Hãy nghiên cứu các ví dụ sau: Ví dụ 1: Tính các tích phân a) I1 =  (3x  1)3dx  x2  e dx b)I2 = 0 Giải: 1 (3 x  1) a) I1 =  (3x  1) dx =    1  (1)     12 0 3 Lop12.net c) I3 =  2 x  1dx 1 (4) Trường THPT Nguyễn Huệ b) I2 =  e x  dx = c) I3 =  x2 = – ( e – 2+2 – e2) = e2 –1 e 1  2 x  1dx = 2 ln 2 x  1 1 =  (ln1  ln 3) = ln Ví dụ 2: Tính các tích phân a) J1 = b) J2 = c) J3 = x  1 dx 2x  dx 2 x  x  26 x dx x  Giải: a) Ta có: (x2 + 1)2 = (x2)2 +2.x2.1 + 12 = x4 + 2x2 +  x5  206 x3 suy J1 =   x  1 dx =  ( x  x  1)dx =    x  =   15 0 2x   2  b) Ta có : 2 x 2 x 1 2x  suy J2 =  dx =  (2  )dx   2 x  ln  x  = (–2 –7ln1) – (0 – 7ln2) = 7ln2 – 2 x 2 x 0 2 c) 2 x  x x1/2  x1/6   x1/21/6   x1/3  1/6 x x 8 suy J3 = 101  4/3   4/3  1/3 1  x   dx   x  x  =      (  2) = = 25,25 Ví dụ 3: Tính các tích phân  a) K1 =  s in3x.cos xdx  b) K2 =  cos 2xdx c) K3 = e x 1  1dx Giải: a) Ta có: sin3x.cosx =  s in4x  s in2x   suy K1 =  (s in4x  s in2x)dx   1 1 4  cos x  cos x  = 2  4 Lop12.net (5) Trường THPT Nguyễn Huệ  b) K2 =  cos 2xdx Ta có: cos22x =  cos x  e c) K3 =  1 4    x  sin x (1  cos x ) dx  =   sin 0   2   8 suy K2 = 2 x 1  1 1      =      2 4  1dx Ta có : e2x–1 – =  e2x–1 = = e0  2x – =  x = Suy   0;1 2 1  x 1   x 1  x 1 x 1 0 (e  1)dx  1 (e  1)dx =  e  x    e  x  K3 = 2 1 1 1  1  1 1 1  =  e0     e 1   +  e  1   e0   =  e 1 +  e  1 2 2 2 2  2  2 2  Vậy K3 = 1 e  e 1  2  Các bài tập tự luyện: Tính các tích phân: 1) L =  ( x  x  2)dx KQ: L =  2) I =   sin2 x dx KQ: I =   sin x  3) J = x2 KQ: J =   10 ln   3x dx 4) K = 2x  5x 1 x dx KQ: K = –  12  sin x sin xdx 5) M = KQ: M = KQ: N = 6) N =  x  dx  7) P =  sin 3xdx KQ: P = Lop12.net  (6) Trường THPT Nguyễn Huệ  8) Q =  tan xdx KQ:   /4 9) R =   sin dx x.cos x /6 KQ:  3 b II) Phương pháp đổi biến số: Cần tính I =  f ( x)dx a 1) Loại 1: Tiến hành theo các bước + Chọn đặt: x = u(t) suy dx = u’(t)dt + Tìm Đổi cận: cho u(t) = a và u(t) = b để tìm hai Đổi cận + Chuyển tích phân cần tính từ biến x sang biến t, tính Ví dụ 4: Tính tích phân  a) I1 =  x dx  9 x b) I2 = dx Giải: a) I1 =   x dx    + Đặt x = 2sint , t    ;  (u(t) = 2sint)  dx = 2costdt  2 x=  2sint =  sint =  t =  x =  2sint =  sint =  t = + Đổi cận: 2  + I1 =  x dx =     2 2 0  0   4sin t cot dt =   sin t cot dt =  cos t cost dt =4  cos tdt   2 I1 =  (1  cos 2t )dt =  t  s in2t  =   0 Chú ý: + Nếu dùng máy tính 570ES để kiểm tra, học sinh thu kết gần đúng số  là 3,141592654 + Các em học sinh xem thêm bài tập 3b) trang 113 (SGK Giải tích 12 chuẩn) từ đó có thể a    ghi nhớ cần tính  a  x dx , đặt x = asint , t    ;  (u(t) = asint)  dx = acostdt thực  2 các bước tiếp sau tương tự ví dụ b) I2 =  9 x dx Lop12.net (7) Trường THPT Nguyễn Huệ    + Đặt x = 3tant, t    ;   dx = 3(1 +tan2t)dt 2   + Đổi cận: x =  3tant =  tant =  t =  x =  3tant =  tant =  t = + I2 =  dx =  x2    3(1  tan t ) 0  tan t dt = 3(1  tan t ) 4   dt dt = = t0 = = 0 9(1  tan t )  3 12 4 Chú ý: Học sinh cần xem thêm ví dụ trang 108 (SGK Giải tích 12 chuẩn) từ đó có thể ghi nhớ a    cần tính  2 dx , đặt x = atant , t    ;   dx = a(1 + tan2t)dt thực các bước tiếp a x  2 tương tự 2) Loại 2: Tiến hành theo các bước + Chọn đặt: u = u(x) suy du = u’(x)dx + Tìm Đổi cận: Nếu hai Đổi cận là  và  thì  =u(a)  = u(b) + Chuyển tích phân cần tính từ biến x sang biến u, tính Ví dụ 5: Tính các tích phân  xe a) J1 = x2 dx e b) J2 =  ln x dx x  1 c) J3 =  x (x  1)5 dx d) J4 =   x xdx  cos x dx (1  sin x)  /2 e) J5 = Giải:  xe a) J1 = x2 dx 1 du + Đổi cận: x =  u = 12 = 1; x =  u = 22 = (  = 1,  = 4) + Đặt u = x2  du = 2xdx  xdx = + J1 =  xe x2 dx = 1  e du = e u u = ( e – e1) = ( e4 – e) 2 Lop12.net (8) Trường THPT Nguyễn Huệ + Vậy J1 = e b) J2 =  1 ( e – e)  ln x dx x dx x + Đổi cận: x =  u =  ln1 = 1; x = e  u =  ln e = + Đặt u =  ln x  u2 = + lnx  2udu = 2 e 2 2  ln x dx = u.2udu = u = ( 2)3  13 ) = (2  1) + J2 =  3 x 1 + Vậy J2 = (2  1)  Ghi nhớ:  Học sinh có thể đặt: u = + lnx  du = dx x  ln1 = và lne = 1 c) J3 =  x (x  1)5 dx du + Đổi cận: x =  u = – = –1; x =  u = 14 – = + Đặt u = x4 –  du = 4x3dx  x3dx = 1 u du = + J3 =  x ( x  1) dx =  u =  4 1 24 1 + Vậy J3 =  5 24 d) J4 =   x xdx  x  u2 = – x  2udu = – 2xdx  xdx = –udu + Đặt u = + Đổi cận: x =  u = + J4 = 0 2  22 =  x xdx =  u.(  u )du =  u du = u =  + Vậy J4 =  /2 e) J5 =  02 = 2; x =  u =  3 cos x dx (1  sin x) + Đặt u = + sinx  du = cosxdx + Đổi cận: x =  u = +sin0 = 1; x =   u = + sin Lop12.net  =2 (9) Trường THPT Nguyễn Huệ  /2  + J5 = du 4 cos x 3 dx = u = =  u du = u (1  sin x) 3 24 1  24 + Vậy J5 =  Các bài tập tự luyện: 1) Tính các tích phân:  a) I =  3 1  sin x cos xdx KQ: I = x  8.x dx KQ: J = –4 b) J =  x  e x.dx c) K = KQ: K = e 1 2e KQ: L = 13 e  d) L = (3  ln x)dx x 21  e) M = dx  x2 x e dx  2e g) N =  KQ: M = KQ: N = ln x h) P =  x( x  1) 2010 dx KQ: P = 2e 4046132 (Kết P máy 570ES không biểu diễn được, máy chí cho Kq gần đúng 2.471496234x 10-7) 2) Tính các tích phân:  a) I1 =  (2sin x  3) cos xdx KQ: b) J1 =  x x  3dx 1 7 8 4x  dx  x 1 KQ: 2ln3  tan x 0 cos2 x dx KQ: 16/3 x c) P = KQ:  d) Q= e e) L1 =  1  3ln x ln xdx x KQ: 116/135 Lop12.net (10) Trường THPT Nguyễn Huệ g) N1 = e e x x 1 KQ: ln(e+1) dx III) Phương pháp tích phân phần: b  Công thức:  udv  uv a b a b   vdu a b  Các dạng bản: Giả sử cần tính I   P( x).Q( x)dx a Dạng hàm Cách đặt P(x): Đa thức Q(x): sinkx hay coskx * u = P(x) * dv là Phần còn lại biểu thức dấu tích phân P(x): Đa thức Q(x):ekx * u = P(x) * dv là Phần còn lại biểu thức dấu tích phân P(x): Đa thức Q(x):ln(ax+b) * u = ln(ax + b) * dv = P(x)dx P(x): Đa thức Q(x): * u = P(x) * dv là Phần còn lại biểu thức dấu tích phân Ví dụ 6: Tính các tích phân  /4  x cos xdx a) I1 = b) I2 =  ( x  1)e x dx c) I3 =  x ln( x  1)dx Giải:  /4  x cos xdx a) I1 =  Đặt: u = 2x  du = 2dx; dv = cos2xdx  v =  I1 =  /4  sin2x  /4 x cos xdx = x.s in2x 0  /4 –  sin 2xdx    (cos  cos 0) =  2  Vậy: I1 =  =  b) I2 =  ( x  1)e x dx  Đặt: u = x +1  du = dx; dv = e2xdx  v = 2x e 10 Lop12.net =  sin  1 hay sin x cos x  /4   cos x 2 (11) Trường THPT Nguyễn Huệ  I2 =  ( x  1)e x dx = ( x  1)e x – 1 1 2x e dx = [(1  1)e  (0  1)e0 ]  e x  20 3e  4 = (2e  1)  (e  1) = Vậy: I2 = 3e  c) I3 =  x ln( x  1)dx  Đặt: u = ln(x – 1)  du = dx; x 1 dv = 2xdx  v = x2  I3 =  x ln( x  1)dx = x ln( x  1) – 3 x2 2 x  dx = 9ln2 – – 2 ( x   x  1)dx x2 = 9ln2 – (  x  ln x  1) = 8ln2 – 2 Vậy: I3 = 8ln2 –  Ghi chú: bước giải bài này ít khó khăn Đặt: u = ln(x – 1)  du = dx; x 1 dv = 2xdx  v = x2 – = ( x + 1)( x – 1) Cơ sở: Từ dv = 2xdx ta suy v =…tức là tìm nguyên hàm thích hợp 2x Như đã biết  2xdx  x  c , đa số các trường hợp phương pháp phần ta chọn c = Trong bài tích phân vừa tính, chọn c = -1 thích hợp Ví dụ 7: Tính các tích phân  a) J1 = xdx  cos x b) J2 = ln xdx x2  Giải:  a) J1 = xdx  cos x  Đặt: u = x  du = dx; dv = dx  v = tanx cos x   /4 xdx  J1 =  = x.tan x – cos x  /4  tan xdx =  tan  11 Lop12.net  /4   ln cos x =   ln  =  ln 2 (12) Trường THPT Nguyễn Huệ b) J2 = ln xdx x2  dx x 1 dv = dx dx  v =  x x  Đặt: u = lnx  du = ln xdx =  ln x + x x 1   J2 = 1 x x 1 (HD: 12  x 2 nên có nguyên hàm là x   ) x 1 1 dx =  ln  ln1  =  ln  (  1) = (1  ln 2) 2 2 x1 Các bài tập tự luyện: 1) Tính các tích phân: x  ( x  3)e dx a) I 1= KQ: I = 1 e b) I2 =  (1  x) ln xdx KQ: 3e  e 1 e2  c) I3 = xdx  cos e KQ: M = x ln x dx x2  d) I4 =  – ln KQ: N = 2(1 – ) e 2) Tính các tích phân:  a) K1=  x.cos x.sin xdx KQ: b) K2 = ln x dx x  KQ:   ln 16 x c) K3 =  e dx KQ: J = e d) K4 =  x ln xdx KQ: 2e3  IV) Ứng dụng tích phân tính diện tích hình phẳng và thể tích: 1) Diện tích hình phẳng: Cơ sở lí thuyết:  Diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị các hàm số y = f(x) (liên tục); x= a; x= b và b y = (trục hoành) tính bởi: S =  f ( x) dx (1) a  Diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị các hàm số y = f(x), y = g(x)(liên tục); x = a; b x= b tính bởi: S =  f ( x)  g ( x) dx (2) a 12 Lop12.net (13) Trường THPT Nguyễn Huệ Ví dụ 8: Tính diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị các hàm số y = x2 – 1; y = 0; x = 0; x = Giải:  Gọi S là diện tích cần tính, áp dụng công thức S = b  f ( x) dx x thì S = a  1dx  Phương trình: x2 -1=  x =  , nghiệm x =  [0;2]  1 2 x3 x3 Vậy S =  ( x  1)dx +  ( x  1)dx = (  x) + (  x) = (đvdt) 3 1 2 Ví dụ 9: Tính diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị các hàm số y = – x2 và y = x Giải:  Cận a,b là nghiệm phương trình: – x2 = x  x2 + x – =  x = và x = -2  Gọi S là diện tích cần tính, áp dụng công thức S = b  f ( x)  g ( x) dx thì S =  Vậy S =  x  x  dx =  (x  x  2)dx = 2 2 x  x  dx 2 a  x x   2x = (đvdt) 2 2 * Lưu ý: Chỉ có thể đưa dấu trị tuyệt đối ngoài tích phân biểu thức dấu tích phân không đổi dấu trên [a; b] tức là biểu thức dấu tích phân không có nghiệm trên ( a; b) 2) Thể tích vật thể tròn xoay: Cơ sở lí thuyết: Thể tích vật thể tròn xoay giới hạn các đường y = f(x); x = a; x = b; y = xoay b quanh trục Ox tính bởi: V =   f ( x)dx (3) a Ví dụ 10: a) Cho hình phẳng giới hạn các đường y = 2x – x2 và y = Tính thể tích vật thể tròn xoay sinh hình phẳng đó nó quay quanh trục Ox Giải:  Phương trình 2x – x2 =  x = và x = b  Gọi V là thể tích cần tính.Áp dụng công thức: V =   f ( x)dx a 0 Ta có V =   (2 x  x ) dx    (4 x  x3  x )dx =  ( x3  x  x5 16 ) = (đvtt) 15 b) Cho hình phẳng giới hạn các đường y = – x2 và y = x3 Tính thể tích vật thể tròn xoay sinh hình phẳng đó nó quay quanh trục Ox Giải:  Phương trình – x2 = x3  x = và x = –1  Gọi V1 là thể tích vật thể tròn xoay sinh hình phẳng giới hạn các đường y = – x2, x = 0, x = –1 và trục Ox hình phẳng đó quay quanh Ox: V1 =   ( x ) dx = 1  Gọi V2 là thể tích vật thể tròn xoay sinh hình phẳng giới hạn các đường y = x3, x = 0, x = -1 và trục Ox…: V2 =   ( x3 ) dx = 1 13 Lop12.net (14) Trường THPT Nguyễn Huệ Vậy thể tích V cần tính là: V = V1  V2 = (đvtt) 35  Các bài tập tự luyện: 1) Tính diện tích hình phẳng giới hạn (P): y = – x2 + 4x và trục hoành 32 ñvdt 2)Tính diện tích hình phẳng giới hạn hai đường (P): y = – x2 và y = – x – KQ: S = ñvdt 3) Tính diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị hàm số y = 5x4 – 3x2 – 8, trục Ox trên [1; 3] KQs: S = 200 ñvdt 4) Tính thể tích các hình tròn xoay sinh các hình phẳng giới hạn các đường sau đây quay quanh truïc Ox: a) (P): y = 8x vaø x = KQ: 16  ñvtt 162 b) y = x2 vaø y = 3x KQ: ñvtt KQ: S = V) Đề thi tốt nghiệp THPT các năm trước có liên quan đến tích phân: Bài 1: Tính diện tích hình phẳng giới hạn các đường y2 = 2x +1 và y = x -1 (TNTHPT năm 2002 ) x  3x  3x  Bài 2: 1.Tìm nguyeân haøm F(x) cuûa haøm soá y = , bieát F(1) = x  2x  2x  10x  12 2.Tính diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị hàm số y= và trục hoành Ox x2 (TNTHPT năm 2003 ) Bài 3: Cho hàm số y = x3 – x2 (C) Tính thể tích vật thể tròn xoay hình phẳng giới hạn (C) và các đường y = 0, x =0, x = quay quanh trục Ox (TNTHPT năm 2004 ) Bài 4: Tính tích phaân: I =  /2  ( x  sin (TNTHPT năm 2005 ) x) cos x.dx Bài 5: a Tính diện tích hình phẳng giới hạn đồ thị các hàm số : y = ex, y = và đường thẳng x =  /2 b Tính tích phaân: I =  sin x dx  cos x (TNTHPT năm 2006) e ln x dx Bài 6: Tính tích phân J =  x (TNTHPT năm 2007) Bài 7: Tính tích phân I   x (1  x3 ) dx (TNTHPT năm 2008) 1  Bài 8: Tính tích phân I =  x(1  cos x)dx (TNTHPT năm 2009) Bài 9: Tính tích phân I   x (x  1) dx ( TNTHPT năm 2010 14 Lop12.net (15)

Ngày đăng: 01/04/2021, 03:54

Xem thêm:

w