1 参数方程示例
$$x=acost,y=asint$$
- 一个明显性质是$x^2+y^2=a^2$,极限状态下$(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2$
- 则$ds=\sqrt{(\frac{dx}{dt})^2+(\frac{dy}{dt})^2}dt=adt$
- 也就是$a=\frac{ds}{dt}$,$a$描述的是一种恒定速率
- 此参数方程描述的是一种逆时针匀速圆周运动,其中圆的半径为$a$
- 当$x=sint,y=cost$时,参数方程描述的是一种顺时针匀速圆周运动
分类目录归档:课程
$$x=acost,y=asint$$
如上图所示,设$\Delta S=S_i-S_{i-1}$
部分分式:对满足比例函数$\frac{P(x)}{Q(x)}$形式的被积函数,通过代数的方式将其分解为容易进行积分的分式形式
分部积分法(integration by parts)是微
将函数表达式拆分成一些可以积分的简单分式。
比如$\int \frac{4x-1}{x^2+x-2}dx=\int(\frac{1}{x-1}+\frac{3}{x+2})dx=ln|x-1|+3ln|x+2|+C$
而“掩盖法(cover-up)”就是一种常见的函数转换方法
掩盖法适用于函数$Q(x)$有不同的线性因子的情况,且分子最高次小于分母
以上一节的例题中表达式为例
- $\frac{4x-1}{x^2+x-2}=\frac{4x-1}{(x+1)(x-2)}=\frac{A}{x+1}+
三角函数恒等式:
$$secx=\frac{1}{cosx}$$ $$cscx=\frac{1}{sinx}$$ $$cotx=\frac{cosx}{sinx}$$ $$sec^2x=\frac{1}{cos^x}=1+tan^2x$$
三角函数的微积分:
$$tan'x=sec^2x$$ $$sec'x=secx\ tanx$$ $$\int tanx=-ln(cos)+C$$ $$\int secx=ln(secx+tanx)+C$$
证明:$\int secx=ln(secx+tanx)
$$cos^2\theta = \frac{1+cos(2\theta)}{2}$$
$$sin^2\theta = \frac{1-cos(2\theta)}{2}$$
$$\int sin^mxcos^nxdx$$
以上形式的积分,对于任意的$m、n$存在通解
下面将分为两种情况讨论并证明
题目:用数值积分法求解$\int_1^2 \frac{dx}{x}$
先用普通方法计算积分的精确结果(用于精度比较):
$$\int_1^2 \frac{dx}{x}=lnx|_1^2=ln2\approx0.693147$$
然后使用辛普森公式进行近似值求解:
用于处理没有解析解的积分问题
常见的方法有三种
将区间等长分为n段,然后用矩形去逼近函数
$左和=(y_0+y_1+...+y_{n-1})\Delta x$
$右和=(y_1+y_2+...+y_{n})\Delta x$
用梯形去逼近函数,精度比黎曼和方法高
$$S=\Delta x(\frac{y_0+y_1}{2}+\frac{y_1+y_2}{2}+..
continuous average: $$lim_{n\to \infty}\frac{y_1+y_2+...+y_n}{n}=\frac{1}{b-a}\int_a^bf(x)dx$$
例题1:单位半圆$y=\sqrt{1-x^2}$的平均高度 $$\frac{1}{1-(-1)}\int_{-1}^1\sqrt{1-x^2}dx=\frac{\pi}{4}$$
例题2:以弧长/角度$\theta$为自变量的单位半圆$y=sin(\theta)$的平均高度 $$\frac{1}{\pi}\int_0^{\pi}sin\t
求半圆函数$(x-a)^2+y^2=a^2$绕$x$轴旋转一周后所形成球的体积$V$
- 半圆函数可化简得$y^2=2ax-x^2$
- 球的每一个切面都是一个圆:$dV=\pi y^2dx$
- 由此可得$V=\int_0^{2a}\pi (2ax-x^2)dx=\frac{4}{3}\pi a^3$
- 球的部分体积满足函数$V(x)=\pi (ax^3-\frac{x^3}{3})$
求函数$y=x^2(y\leq a)$绕$y$轴旋转一周后所形成的物体体