Лекция 13 по математике за 2 семестр

Содержание

Слайд 2

3.2 Определённые интегралы 3.2.1 Основные понятия Пусть на отрезке [a;b] задана

3.2 Определённые интегралы
3.2.1 Основные понятия

Пусть на отрезке [a;b] задана функция y=f(x).

Разобьём этот отрезок на n частей точками .
На каждом малом отрезке [xi–1; xi], где , выберём
точку ξi, найдём значение функции в этой точке f(ξi) и составим сумму , где .
Сумма Jn называется интегральной суммой для функции y=f(x) на [a;b].
Определённым интегралом от функции f(x) на отрезке [a;b] называется предел интегральной суммы Jn при условии, что длина наибольшего частичного отрезка Δxi стремится к нулю, то есть
где a – нижний предел интегрирования; b – верхний предел интегрирования; f(x) – подынтегральная функция;
f(x)dx – подынтегральное выражение.
Слайд 3

Свойства определённого интеграла Свойства определённого интеграла аналогичны свойствам неопределённого интеграла. Дополнительные

Свойства определённого интеграла
Свойства определённого интеграла аналогичны свойствам неопределённого интеграла. Дополнительные свойства:
1.

, где ;
2. ;
3.
4. Пусть функция f(x) непрерывна на [a;b], тогда существует по крайней мере одна точка такая, что выполнено равенство .
Здесь f(c) называется средним значением функции.

3.2 Определённые интегралы
3.2.1 Основные понятия

Слайд 4

1. Использование формулы Ньютона-Лейбница. Пусть f(x) непрерывна на отрезке [a;b] и

1. Использование формулы Ньютона-Лейбница.
Пусть f(x) непрерывна на отрезке [a;b] и

F(x) – одна из её первообразных, тогда справедлива формула
,
называемая формулой Ньютона-Лейбница.
Пример 1 Вычислить определённый интеграл .
Решение.
Ответ: 2.

3.2 Определённые интегралы
3.2.2 Способы вычисления определённого интеграла

Слайд 5

2. Использование замены переменной. Необходимо вычислить интеграл , где f(x) –непрерывная

2. Использование замены переменной.
Необходимо вычислить интеграл , где f(x) –непрерывная

функция на [a;b]. Перейдем к новой переменной t, полагая x=φ(t). Пусть a=φ(α), b=φ(β), кроме того, при изменении t от α до β значения функции φ(t) не выходят за пределы отрезка [a;b]. Предположим, что функция φ(t) непрерывно дифференцируема на промежутке [a;b], то справедлива следующая формула замены переменной:

3.2 Определённые интегралы
3.2.2 Способы вычисления определённого интеграла

Слайд 6

3.2 Определённые интегралы 3.2.2 Способы вычисления определённого интеграла Пример 2 Вычислить

3.2 Определённые интегралы
3.2.2 Способы вычисления определённого интеграла

Пример 2 Вычислить определённый интеграл

.
Решение.
Ответ: 5,25.
Слайд 7

Пусть на отрезке [a;b] задана неотрицательная непрерывная функция y=f(x). Фигура, ограниченная

Пусть на отрезке [a;b] задана неотрицательная непрерывная функция y=f(x). Фигура, ограниченная

сверху графиком y=f(x), снизу – осью Оx, сбоку прямыми x=a и y=b, называется криволинейной трапецией.
Геометрический смысл определённого интеграла:
, (1)
где S – площадь криволинейной трапеции.
Рис. 1

3.2 Определённые интегралы
3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 8

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена сверху графиком функции y=f(x),

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена сверху графиком функции y=f(x),

снизу – графиком функции y=g(x), а сбоку прямыми x=a и x=b, то её площадь вычисляется по формуле:
(2)
Рис. 2

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 9

Частным случаем при этом является нахождение площади фигуры, ограниченной сверху осью

Частным случаем при этом является нахождение площади фигуры, ограниченной сверху осью

Оx, снизу – графиком функции y=g(x), а сбоку прямыми x=a и x=b. В этом случае, в формулу (2) следует подставлять f(x)=0, тогда формула для вычисления площади такой фигуры примет вид:
(3)
Рис. 3

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 10

В некоторых случаях, чтобы вычислить площадь искомой фигуры, необходимо разбить её

В некоторых случаях, чтобы вычислить площадь искомой фигуры, необходимо разбить её

на сумму или разность двух или более криволинейных трапеций.
(4)
Рис. 4

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 11

Пример 3 Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций y=2x2, y=2. Решение.

Пример 3 Вычислить площадь фигуры, ограниченной графиками функций y=2x2, y=2.
Решение.
1. Вершиной

параболы y=2x2 является точка (0;0).
2. Точки пересечения параболы и прямой находятся из системы
Мы получили две точки (1;2) и (–1;2).

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 12

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

координат.
4. Сверху фигура ограничена прямой y=2, значит f(x)=2, снизу – параболой, значит g(x)=2x2. По графику видно, что a = –1, b = 1 (формула 2).
1 способ

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

2 способ

Слайд 13

Пример 4 Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривой y=x2+x, прямыми x= –1,

Пример 4 Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривой y=x2+x, прямыми x= –1,

x=2 и осью Оx.
Решение.
1. Вершиной параболы является точка (–0,5;–0,25).
Замечание: координаты вершины параболы y=ax2+bx+c (a≠0), находятся из системы

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 14

2. Точка пересечения параболы и прямой x = –1 находится из

2. Точка пересечения параболы и прямой x = –1 находится из

системы:
а с прямой находится из системы:
Точки пересечения параболы с осью Оx (y=0) находятся из системы:
Мы получили точки (–1;0), (2;6), (0;0).

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 15

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

координат.
4. Площадь искомой фигуры складывается из площадей S1 (формула 3) и S2 (формула 1).
Ответ: .

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 16

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена слева осью Oy, справа

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена слева осью Oy, справа

– графиком функции x=f(y), а снизу и сверху прямыми y=a, y=b соответственно, то её площадь вычисляется по формуле:
(5)
Рис. 5

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 17

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена слева графиком функции x=g(y),

Если фигура, площадь которой необходимо вычислить, ограничена слева графиком функции x=g(y),

справа – графиком функции x=f(y), а снизу и сверху прямыми y=a, y=b соответственно, то её площадь вычисляется по формуле:
(6)
Рис. 6

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 18

Пример 5 Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривой x= –2y2–1, прямой y=

Пример 5 Вычислить площадь фигуры, ограниченной кривой x= –2y2–1, прямой y=

–1 и осями координат.
Решение.
1. Вершиной параболы является точка (–1;0).
Замечание: координаты вершины параболы x=ay2+by+c (a≠0), находятся из системы

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 19

2. Точка пересечения параболы и прямой y= –1 находится из системы:

2. Точка пересечения параболы и прямой y= –1 находится из системы:


с осью Оx (y=0):
с осью Оy (x=0):
Так как последняя система не имеет решения, то точек пересечения с осью Оy не существует.
Мы получили точки (–3;0) и (–1;0).

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 20

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

3. Используя найденные точки, строим графики заданных функций в декартовой системе

координат.
4. Слева фигура ограничена параболой, справа – осью Oy, снизу – прямой y= –1, сверху – осью Оx.
Тогда f(y)=0, g(y)= –2y2–1, a= –1, b= 0 (формула 6).
Ответ: .

3.2.3 Вычисление площадей плоских фигур
в декартовой системе координат

Слайд 21

Интегральное исчисление активно используется в экономике: степень неравенства в распределении доходов,

Интегральное исчисление активно используется в экономике: степень неравенства в распределении доходов,

задача дисконтирования денежного потока, вычисление выигрыша потребителей и выигрыша поставщиков от установленной равновесной цены на некоторый товар и т.п.
Предположим, что сама производственная функция f(x) неизвестна, но известна её предельная величина . Тогда при условии непрерывности справедливо равенство

3.3 Применение интегралов в экономике

Слайд 22

3.3 Применение интегралов в экономике Пример 6 Функция предельных издержек некоторого

3.3 Применение интегралов в экономике

Пример 6 Функция предельных издержек некоторого предприятия

имеет вид .
Найти функцию издержек, если издержки производства Q=100 единиц продукции составляют 7000 у.е.
Решение.
Постоянную A найдём из условия C(100)=7000,
тогда ,
откуда получаем A=200.
Ответ: .
Слайд 23

3.3 Применение интегралов в экономике Пример 7 Найти стоимость перевозки М

3.3 Применение интегралов в экономике

Пример 7 Найти стоимость перевозки М т

груза по железной дороге на расстоянии L км при условии, что тариф у перевозки одной тонны убывает на а рублей на каждом последующем километре.
Решение.
Полагая, что тариф меняется непрерывно на протяжении L километров, то есть тариф является непрерывной функцией от l, где , стоимость перевозки М т груза по железной дороге на расстоянии L км можно выразить определённым интегралом:
(руб.).
Ответ: руб.
Слайд 24

3.3 Применение интегралов в экономике Рассмотрим функцию y=f(x), характеризующую неравномерность распределения

3.3 Применение интегралов в экономике

Рассмотрим функцию y=f(x), характеризующую неравномерность распределения доходов

среди населения, где y – доля совокупного дохода, получаемого долей х беднейшего населения. График этой функции называется кривой Лоренца. Очевидно, что 0≤f(x)≤x при , и неравномерность распределения доходов тем больше, чем больше площадь фигуры ОАВ.

Мерой указанной неравномерности служит коэффициент Джинни

Слайд 25

3.3 Применение интегралов в экономике Пример 8 По данным исследований в

3.3 Применение интегралов в экономике

Пример 8 По данным исследований в распределении

доходов одной из стран, кривая Лоренца может быть описана уравнением , где x – доля населения,
y – доля доходов населения. Вычислить коэффициент Джинни, оценить распределение доходов 40% наиболее низко оплачиваемого населения.
Решение.
Слайд 26

Вычислим коэффициент Джинни: это означает, что 40% наиболее низко оплачиваемого населения

Вычислим коэффициент Джинни:
это означает, что 40% наиболее низко оплачиваемого населения

получает 21% совокупного национального дохода.
Следует также отметить, что ,
получается, что 20% населения не получают ничего.
Ответ: k=0,174; y(0,4)=0,21.

3.3 Применение интегралов в экономике