曲边梯形及其面积

前面几节都是通过面积来解释的,其实这两者还是有一些区别:

  • 曲边梯形的面积是通过来定义的
  • 可以为负数,所以的内涵是更广泛的

下面是进一步的解释和细节。

1 曲边梯形的定义
设在区间上非负、。由直线、、及所围成的图形称为 曲边梯形 ,其中曲线弧称为 曲边 。

比如下图给出的就是一个曲边梯形。

由直线、、及所围成的曲边梯形

2 曲边梯形面积的定义
设函数在区间上非负、,由直线、、及所围成的曲边梯形的面积定义为函数在区间上的,即:

如下图所示,的面积可以通过来逼近。

通过黎曼和来逼近曲边梯形

所以定义的面积为,如下图所示。

定义曲边梯形的面积为定积分

3 定积分的正负

值得注意的是,曲边梯形的面积被定义为,但不是曲边梯形的面积,因为可以为负数:

设,若函数在区间上,则:

(1)如果有,那么;

(2)如果有,那么。

若在区间上,则有。又由于,根据函数在区间上、及,所以有:

的情况同理可证。

以下图为例,根据上述定理有:

  • 在区间上有,那么,我们在下图中用蓝色表示,并标上“+”;
  • 在区间上有,那么,我们在下图中用红色表示,并标上“-”;

定积分正负的示意图

练习题 1 由、、及所围成的曲边梯形面积为: 对函数进行变形,可得:

所以是半径的圆的上半部分,因此、、及围成的曲边梯形就是下图中的红色部分。

由、、及所围成的曲边梯形

所以该曲边梯形就是半径的圆的,所以其面积为:

练习题 2 请问的值为 、、及围成的图形如下图所示,在上非负、,所以这是。

由、、及所围成的曲边梯形

根据本节的解释可以知道,就是该曲边梯形的面积,也就是上底为、下底为以及高为的梯形的面积,所以:

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