Все методы интегрирования, используемые при нахождении неопределенных интегралов, применяются и при вычислении определенных интегралов.
Непосредственное интегрирование.
Пример 1. Вычислить интеграл
а)
b)
2. Метод подстановки (замена переменной) для определенного интеграла состоит в следующем:
1) часть подынтегральной функции заменить новой переменной;
2) найти дифференциал обеих частей замены;
3) найти новые пределы интегрирования;
4) все подынтегральные выражения выразить через новую переменную;
5) вычислить полученный интеграл.
Пример 2. Вычислить интеграл методом замены переменной
а)
Решение: Положим , тогда . Определим пределы интегрирования для новой переменной при получаем при получаем . Вычислим получившийся интеграл:
Приложения определенного интеграла
а) Вычисление площадей плоских фигур
Определение: Криволинейной трапецией называется фигура, ограниченная графиком непрерывной неотрицательной функции , прямыми и отрезком оси .
1) Пусть непрерывная неотрицательная функция на отрезке , тогда ее график расположен над осью . Если фигура, расположенная над осью является криволинейной трапецией, то ее площадь вычисляется по формуле:
(1)
2) Пусть непрерывная неположительная функция на отрезке , тогда ее график расположен под осью . Если фигура, расположенная под осью является криволинейной трапецией, то ее площадь вычисляется по формуле:
(2)
3) Пусть фигура ограничена двумя пересекающимися кривыми и и прямыми , где и . Тогда ее площадь вычисляется по формуле:
(3)
б) Вычисление объемов тел вращения
Объем тела, образованного вращением вокруг оси криволинейной трапеции, ограниченной непрерывной кривой , где , прямыми и отрезком оси вычисляется по формуле:
(4)
Примеры решения задач
Пример 1. Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями:
и
Решение: Построим параболу и прямую в одной координатной плоскости
Для определения абсцисс точек пересечения решим уравнение: . Получаем и . Следовательно, и . На отрезке имеем: . Значит для нахождения искомой площади воспользуемся формулой (3):
(кв. ед.).
Ответ: (кв. ед.).
Пример 2. Найти объем тела, полученного при вращении вокруг оси абсцисс криволинейной трапеции, ограниченной линиями
Решение: Очевидно, что объем данного тела вращения равен разности объемов тел, полученных вращением криволинейных трапеций, соответствующих функциям и , .
Обозначим эти объемы через . Найдем их по формуле (4):
Искомый объем равен:
Ответ: (куб. ед.)