微积分学示例

$f (x) = 16 - x^{2}$ ; $[- 1, 8]$

解题步骤 1

用替代法求解从而求曲线的交点。

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解题步骤 1.1

消去每个方程两边相等的部分并合并。

$16 - x^{2} = 0$

解题步骤 1.2

求解 $x$ 的 $16 - x^{2} = 0$ 。

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解题步骤 1.2.1

从等式两边同时减去 $16$ 。

$- x^{2} = - 16$

解题步骤 1.2.2

将 $- x^{2} = - 16$ 中的每一项除以 $- 1$ 并化简。

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解题步骤 1.2.2.1

将 $- x^{2} = - 16$ 中的每一项都除以 $- 1$ 。

$\frac{- x^{2}}{- 1} = \frac{- 16}{- 1}$

解题步骤 1.2.2.2

化简左边。

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解题步骤 1.2.2.2.1

将两个负数相除得到一个正数。

$\frac{x^{2}}{1} = \frac{- 16}{- 1}$

解题步骤 1.2.2.2.2

用 $x^{2}$ 除以 $1$ 。

$x^{2} = \frac{- 16}{- 1}$

解题步骤 1.2.2.3

化简右边。

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解题步骤 1.2.2.3.1

用 $- 16$ 除以 $- 1$ 。

$x^{2} = 16$

解题步骤 1.2.3

取方程两边的指定根来消去方程左边的指数。

$x = \pm \sqrt{16}$

解题步骤 1.2.4

化简 $\pm \sqrt{16}$ 。

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解题步骤 1.2.4.1

将 $16$ 重写为 $4^{2}$ 。

$x = \pm \sqrt{4^{2}}$

解题步骤 1.2.4.2

假设各项均为正实数，从根式下提出各项。

$x = \pm 4$

解题步骤 1.2.5

完全解为同时包括解的正数和负数部分的结果。

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解题步骤 1.2.5.1

首先，利用 $\pm$ 的正值求第一个解。

$x = 4$

解题步骤 1.2.5.2

下一步，使用 $\pm$ 的负值来求第二个解。

$x = - 4$

解题步骤 1.2.5.3

完全解为同时包括解的正数和负数部分的结果。

$x = 4, - 4$

解题步骤 1.3

代入 $4$ 替换 $x$ 。

$y = 0$

解题步骤 1.4

方程组的解是一组完整的有序对，并且它们都是有效解。

$(4, 0)$

$(- 4, 0)$

$(4, 0)$

$(- 4, 0)$

解题步骤 2

将 $16$ 和 $- x^{2}$ 重新排序。

$y = - x^{2} + 16$

解题步骤 3

两条曲线所围成区域的面积为每一个区域上方曲线的积分减去下方曲线的积分。各区域由曲线的交点确定。可以通过代数方法或图像法来计算。

$A r e a = \int_{- 1}^{4} - x^{2} + 16 d x - \int_{- 1}^{4} 0 d x$

解题步骤 4

用积分求 $- 1$ 和 $4$ 之间的面积。

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解题步骤 4.1

将积分合并为一个单积分。

$\int_{- 1}^{4} - x^{2} + 16 - (0) d x$

解题步骤 4.2

从 $- x^{2} + 16$ 中减去 $0$ 。

$\int_{- 1}^{4} - x^{2} + 16 d x$

解题步骤 4.3

将单个积分拆分为多个积分。

$\int_{- 1}^{4} - x^{2} d x + \int_{- 1}^{4} 16 d x$

解题步骤 4.4

由于 $- 1$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $- 1$ 移到积分外。

$- \int_{- 1}^{4} x^{2} d x + \int_{- 1}^{4} 16 d x$

解题步骤 4.5

根据幂法则， $x^{2}$ 对 $x$ 的积分是 $\frac{1}{3} x^{3}$ 。

$- (\frac{1}{3} x^{3}]_{- 1}^{4}) + \int_{- 1}^{4} 16 d x$

解题步骤 4.6

组合 $\frac{1}{3}$ 和 $x^{3}$ 。

$- (\frac{x^{3}}{3}]_{- 1}^{4}) + \int_{- 1}^{4} 16 d x$

解题步骤 4.7

应用常数不变法则。

$- (\frac{x^{3}}{3}]_{- 1}^{4}) + 16 x]_{- 1}^{4}$

解题步骤 4.8

代入并化简。

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解题步骤 4.8.1

计算 $\frac{x^{3}}{3}$ 在 $4$ 处和在 $- 1$ 处的值。

$- ((\frac{4^{3}}{3}) - \frac{{(- 1)}^{3}}{3}) + 16 x]_{- 1}^{4}$

解题步骤 4.8.2

计算 $16 x$ 在 $4$ 处和在 $- 1$ 处的值。

$- (\frac{4^{3}}{3} - \frac{{(- 1)}^{3}}{3}) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3

化简。

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解题步骤 4.8.3.1

对 $4$ 进行 $3$ 次方运算。

$- (\frac{64}{3} - \frac{{(- 1)}^{3}}{3}) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.2

对 $- 1$ 进行 $3$ 次方运算。

$- (\frac{64}{3} - \frac{- 1}{3}) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.3

将负号移到分数的前面。

$- (\frac{64}{3} - - \frac{1}{3}) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.4

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

$- (\frac{64}{3} + 1 (\frac{1}{3})) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.5

将 $\frac{1}{3}$ 乘以 $1$ 。

$- (\frac{64}{3} + \frac{1}{3}) + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.6

在公分母上合并分子。

$- \frac{64 + 1}{3} + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.7

将 $64$ 和 $1$ 相加。

$- \frac{65}{3} + 16 \cdot 4 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.8

将 $16$ 乘以 $4$ 。

$- \frac{65}{3} + 64 - 16 \cdot - 1$

解题步骤 4.8.3.9

将 $- 16$ 乘以 $- 1$ 。

$- \frac{65}{3} + 64 + 16$

解题步骤 4.8.3.10

将 $64$ 和 $16$ 相加。

$- \frac{65}{3} + 80$

解题步骤 4.8.3.11

要将 $80$ 写成带有公分母的分数，请乘以 $\frac{3}{3}$ 。

$- \frac{65}{3} + 80 \cdot \frac{3}{3}$

解题步骤 4.8.3.12

组合 $80$ 和 $\frac{3}{3}$ 。

$- \frac{65}{3} + \frac{80 \cdot 3}{3}$

解题步骤 4.8.3.13

在公分母上合并分子。

$\frac{- 65 + 80 \cdot 3}{3}$

解题步骤 4.8.3.14

化简分子。

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解题步骤 4.8.3.14.1

将 $80$ 乘以 $3$ 。

$\frac{- 65 + 240}{3}$

解题步骤 4.8.3.14.2

将 $- 65$ 和 $240$ 相加。

$\frac{175}{3}$

解题步骤 5

两条曲线所围成区域的面积为每一个区域上方曲线的积分减去下方曲线的积分。各区域由曲线的交点确定。可以通过代数方法或图像法来计算。

$A r e a = \int_{4}^{8} 0 d x - \int_{4}^{8} - x^{2} + 16 d x$

解题步骤 6

用积分求 $4$ 和 $8$ 之间的面积。

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解题步骤 6.1

将积分合并为一个单积分。

$\int_{4}^{8} 0 - (- x^{2} + 16) d x$

解题步骤 6.2

从 $0$ 中减去 $- x^{2} + 16$ 。

$\int_{4}^{8} - (- x^{2} + 16) d x$

解题步骤 6.3

运用分配律。

$\int_{4}^{8} x^{2} - 1 \cdot 16 d x$

解题步骤 6.4

将 $- 1$ 乘以 $16$ 。

$\int_{4}^{8} x^{2} - 16 d x$

解题步骤 6.5

将单个积分拆分为多个积分。

$\int_{4}^{8} x^{2} d x + \int_{4}^{8} - 16 d x$

解题步骤 6.6

根据幂法则， $x^{2}$ 对 $x$ 的积分是 $\frac{1}{3} x^{3}$ 。

$\frac{1}{3} x^{3}]_{4}^{8} + \int_{4}^{8} - 16 d x$

解题步骤 6.7

应用常数不变法则。

$\frac{1}{3} x^{3}]_{4}^{8} + - 16 x]_{4}^{8}$

解题步骤 6.8

化简答案。

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解题步骤 6.8.1

组合 $\frac{1}{3} x^{3}]_{4}^{8}$ 和 $- 16 x]_{4}^{8}$ 。

$\frac{1}{3} x^{3} - 16 x]_{4}^{8}$

解题步骤 6.8.2

代入并化简。

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解题步骤 6.8.2.1

计算 $\frac{1}{3} x^{3} - 16 x$ 在 $8$ 处和在 $4$ 处的值。

$(\frac{1}{3} \cdot 8^{3} - 16 \cdot 8) - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2

化简。

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解题步骤 6.8.2.2.1

对 $8$ 进行 $3$ 次方运算。

$\frac{1}{3} \cdot 512 - 16 \cdot 8 - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.2

组合 $\frac{1}{3}$ 和 $512$ 。

$\frac{512}{3} - 16 \cdot 8 - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.3

将 $- 16$ 乘以 $8$ 。

$\frac{512}{3} - 128 - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.4

要将 $- 128$ 写成带有公分母的分数，请乘以 $\frac{3}{3}$ 。

$\frac{512}{3} - 128 \cdot \frac{3}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.5

组合 $- 128$ 和 $\frac{3}{3}$ 。

$\frac{512}{3} + \frac{- 128 \cdot 3}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.6

在公分母上合并分子。

$\frac{512 - 128 \cdot 3}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.7

化简分子。

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解题步骤 6.8.2.2.7.1

将 $- 128$ 乘以 $3$ 。

$\frac{512 - 384}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.7.2

从 $512$ 中减去 $384$ 。

$\frac{128}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 4^{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.8

对 $4$ 进行 $3$ 次方运算。

$\frac{128}{3} - (\frac{1}{3} \cdot 64 - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.9

组合 $\frac{1}{3}$ 和 $64$ 。

$\frac{128}{3} - (\frac{64}{3} - 16 \cdot 4)$

解题步骤 6.8.2.2.10

将 $- 16$ 乘以 $4$ 。

$\frac{128}{3} - (\frac{64}{3} - 64)$

解题步骤 6.8.2.2.11

要将 $- 64$ 写成带有公分母的分数，请乘以 $\frac{3}{3}$ 。

$\frac{128}{3} - (\frac{64}{3} - 64 \cdot \frac{3}{3})$

解题步骤 6.8.2.2.12

组合 $- 64$ 和 $\frac{3}{3}$ 。

$\frac{128}{3} - (\frac{64}{3} + \frac{- 64 \cdot 3}{3})$

解题步骤 6.8.2.2.13

在公分母上合并分子。

$\frac{128}{3} - \frac{64 - 64 \cdot 3}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.14

化简分子。

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解题步骤 6.8.2.2.14.1

将 $- 64$ 乘以 $3$ 。

$\frac{128}{3} - \frac{64 - 192}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.14.2

从 $64$ 中减去 $192$ 。

$\frac{128}{3} - \frac{- 128}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.15

将负号移到分数的前面。

$\frac{128}{3} - - \frac{128}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.16

将 $- 1$ 乘以 $- 1$ 。

$\frac{128}{3} + 1 (\frac{128}{3})$

解题步骤 6.8.2.2.17

将 $\frac{128}{3}$ 乘以 $1$ 。

$\frac{128}{3} + \frac{128}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.18

在公分母上合并分子。

$\frac{128 + 128}{3}$

解题步骤 6.8.2.2.19

将 $128$ 和 $128$ 相加。

$\frac{256}{3}$

解题步骤 7

加上面积 $\frac{175}{3} + \frac{256}{3}$ 。

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解题步骤 7.1

在公分母上合并分子。

$\frac{175 + 256}{3}$

解题步骤 7.2

将 $175$ 和 $256$ 相加。

$\frac{431}{3}$

解题步骤 8

微积分学 示例

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