1018. Найти площадь фигуры, ограниченной заданными линиями
1) Параболами у = 6х², у = (х - 3)(x - 4) и осью Ох;
2) параболами у = 4 - х², у = (x - 2)² и осью Ox.
ИИ-решебник / упражнение / 1018
Ответ подготовлен нейросетью и может содержать ошибки
Объяснение и пошаговое решение
### 1) Найдём площадь фигуры, ограниченной параболами $y = 6x^2$, $y = (x - 3)(x - 4)$ и осью $Ox$.
1. **Точки пересечения графиков с осью $Ox$ ($y = 0$):**
* Для параболы $y = 6x^2$:
$$6x^2 = 0 \implies x = 0$$
* Для параболы $y = (x - 3)(x - 4)$:
$$(x - 3)(x - 4) = 0 \implies x = 3 \quad \text{или} \quad x = 4$$
2. **Точки пересечения парабол между собой:**
$$6x^2 = (x - 3)(x - 4)$$
$$6x^2 = x^2 - 7x + 12$$
$$5x^2 + 7x - 12 = 0$$
Найдём корни квадратного уравнения:
$$D = 7^2 - 4 \cdot 5 \cdot (-12) = 49 + 240 = 289 = 17^2$$
$$x_1 = \frac{-7 + 17}{2 \cdot 5} = 1, \qquad x_2 = \frac{-7 - 17}{10} = -2{,}4$$
При $x = 1$ значение функции $y = 6 \cdot 1^2 = 6 > 0$.
3. **Определение границ фигуры:**
Фигура расположена в верхней полуплоскости над осью $Ox$ на отрезке $[0; 3]$:
* на отрезке $[0; 1]$ сверху она ограничена параболой $y = 6x^2$;
* на отрезке $[1; 3]$ сверху она ограничена параболой $y = x^2 - 7x + 12$;
* снизу на всём отрезке $[0; 3]$ фигура ограничена осью $Ox$ ($y = 0$).
4. **Вычисление площади:**
Искомая площадь равна сумме двух определенных интегралов:
$$S = S_1 + S_2 = \int_{0}^{1} 6x^2 \, dx + \int_{1}^{3} (x^2 - 7x + 12) \, dx$$
Вычислим каждый интеграл:
$$S_1 = \int_{0}^{1} 6x^2 \, dx = \left[ 2x^3 \right]_{0}^{1} = 2 \cdot 1^3 - 0 = 2$$
$$S_2 = \int_{1}^{3} (x^2 - 7x + 12) \, dx = \left[ \frac{x^3}{3} - \frac{7x^2}{2} + 12x \right]_{1}^{3}$$
$$\left( \frac{3^3}{3} - \frac{7 \cdot 3^2}{2} + 12 \cdot 3 \right) = 9 - 31{,}5 + 36 = 13{,}5 = \frac{27}{2}$$
$$\left( \frac{1^3}{3} - \frac{7 \cdot 1^2}{2} + 12 \cdot 1 \right) = \frac{1}{3} - 3{,}5 + 12 = 8{,}5 + \frac{1}{3} = \frac{17}{2} + \frac{1}{3} = \frac{53}{6}$$
$$S_2 = \frac{27}{2} - \frac{53}{6} = \frac{81 - 53}{6} = \frac{28}{6} = \frac{14}{3} = 4\frac{2}{3}$$
Сложим полученные площади:
$$S = 2 + 4\frac{2}{3} = 6\frac{2}{3}$$
**Ответ к пункту 1:** $6\frac{2}{3}$ (или $\frac{20}{3}$).
---
### 2) Найдём площадь фигуры, ограниченной параболами $y = 4 - x^2$, $y = (x - 2)^2$ и осью $Ox$.
1. **Точки пересечения графиков с осью $Ox$ ($y = 0$):**
* Для параболы $y = 4 - x^2$:
$$4 - x^2 = 0 \implies x = -2 \quad \text{или} \quad x = 2$$
* Для параболы $y = (x - 2)^2$:
$$(x - 2)^2 = 0 \implies x = 2$$
2. **Точки пересечения парабол между собой:**
$$4 - x^2 = (x - 2)^2$$
$$4 - x^2 = x^2 - 4x + 4$$
$$2x^2 - 4x = 0$$
$$2x(x - 2) = 0 \implies x = 0 \quad \text{или} \quad x = 2$$
При $x = 0$ ордината $y = 4$, при $x = 2$ ордината $y = 0$.
3. **Определение границ фигуры:**
Фигура ограничена снизу осью $Ox$ ($y = 0$) на отрезке $[-2; 2]$:
* на отрезке $[-2; 0]$ сверху фигуру ограничивает парабола $y = 4 - x^2$;
* на отрезке $[0; 2]$ сверху фигуру ограничивает парабола $y = (x - 2)^2$.
4. **Вычисление площади:**
Площадь фигуры равна сумме площадей двух криволинейных трапеций:
$$S = S_1 + S_2 = \int_{-2}^{0} (4 - x^2) \, dx + \int_{0}^{2} (x - 2)^2 \, dx$$
Вычислим каждый интеграл:
$$S_1 = \int_{-2}^{0} (4 - x^2) \, dx = \left[ 4x - \frac{x^3}{3} \right]_{-2}^{0} = 0 - \left( 4(-2) - \frac{(-2)^3}{3} \right) = -\left( -8 + \frac{8}{3} \right) = 8 - \frac{8}{3} = \frac{16}{3} = 5\frac{1}{3}$$
$$S_2 = \int_{0}^{2} (x - 2)^2 \, dx = \left[ \frac{(x - 2)^3}{3} \right]_{0}^{2} = \frac{(2 - 2)^3}{3} - \frac{(0 - 2)^3}{3} = 0 - \left( -\frac{8}{3} \right) = \frac{8}{3} = 2\frac{2}{3}$$
Сложим полученные площади:
$$S = \frac{16}{3} + \frac{8}{3} = \frac{24}{3} = 8$$
*(Примечание: если под фигурой понимается замкнутая область между самими параболами на промежутке $[0; 2]$, где ось $Ox$ лишь касается вершины одной из них, то её площадь равна $\int_{0}^{2} ((4 - x^2) - (x - 2)^2) \, dx = \frac{8}{3} = 2\frac{2}{3}$. Однако фигура, границами которой служат все три указанные в условии линии, имеет площадь $8$.)*
**Ответ к пункту 2:** $8$ (или $2\frac{2}{3}$).