Алгебра · 11 класс3 четвертьТема 8ГОСО РК 2026Базовый

Вычисление площадей фигур и объемов тел вращения

Площадь криволинейной трапеции, фигура между двумя пересекающимися графиками и объем тела вращения вокруг оси Ox.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ3 четвертьдескрипторы ГОСО

Криволинейной трапецией называют фигуру, ограниченную неотрицательной функцией y = f(x) ≥ 0, отрезком оси абсцисс [a; b] и вертикальными прямыми x = a и x = b. Площадь такой фигуры вычисляется непосредственно определенным интегралом: S = ∫ₐᵇ f(x) dx. Если функция неположительна на отрезке f(x) ≤ 0, её график расположен под осью Ox, и площадь вычисляется со знаком минус: S = -∫ₐᵇ f(x) dx = ∫ₐᵇ |f(x)| dx.

S = ∫ₐᵇ f(x) dx

Площадь под кривой

Интеграл неотрицательной функции f(x) ≥ 0 равен площади трапеции.
S = -∫ₐᵇ f(x) dx

Фигура под осью

Для графиков под осью Ox берется модуль интеграла.

Неотрицательность площади

Площадь геометрической фигуры не может быть отрицательной величиной. Если при расчетах получился знак минус, проверьте расположение графика относительно оси Ox.

Шаг 1
Эскиз графика
Строят схематичный чертеж кривой и заштриховывают фигуру.
Шаг 2
Определение пределов [a; b]
Находят вертикальные границы фигуры.
Шаг 3
Вычисление интеграла
Находят значение площади по формуле Ньютона — Лейбница.
Площадь криволинейной трапеции
S=∫abf(x) dx,(f(x)≥0);S=∫ab∣f(x)∣ dxS = \int_a^b f(x) \, dx, (f(x) \ge 0);\quad S = \int_a^b |f(x)| \, dx

Пусть фигура ограничена сверху графиком функции y = f₂(x), снизу графиком функции y = f₁(x) (причем f₂(x) ≥ f₁(x) на всем отрезке [a; b]), а с боков — вертикалями x = a и x = b (или точками их пересечения). Площадь такой фигуры равна интегралу от разности верхней и нижней функций: S = ∫ₐᵇ [f₂(x) - f₁(x)] dx. Эта универсальная формула верна независимо от того, выше или ниже оси Ox лежат графики, так как постоянные смещения взаимно вычитаются.

S = ∫ (fверх - fниз) dx

Разность функций

Вычитание нижней границы из верхней дает точную площадь полосы.
Инвариантность к сдвигу

Ось Ox безразлична

Формула работает одинаково верно при любых знаках функций.

Как определить верхнюю функцию

Возьмите любую промежуточную точку x* между a и b и сравните значения: f₂(x*) > f₁(x*). Функция с большим значением — верхняя.

Шаг 1
Поиск пределов a и b
Решают уравнение f₁(x) = f₂(x) для нахождения точек пересечения.
Шаг 2
Составление разности fверх - fниз
Формируют подынтегральное выражение.
Шаг 3
Интегрирование разности
Вычисляют определенный интеграл от a до b.
Площадь фигуры между двумя графиками
S=∫ab[f2(x)−f1(x)] dx,где f2(x)≥f1(x)  ∀x∈[a;b]S = \int_a^b [f_2(x) - f_1(x)] \, dx, \text{где } f_2(x) \ge f_1(x) \;\quad \forall x \in [a;\quad b]

Если графики пересекаются в нескольких точках внутри отрезка (например, синус и косинус), верхняя и нижняя функции меняются местами. В таких задачах фигуру разбивают на части точками пересечения cᵢ и вычисляют площадь каждого куска отдельно: S = ∫ₐᶜ [f₂ - f₁] dx + ∫_cᵇ [f₁ - f₂] dx = ∫ₐᵇ |f₂(x) - f₁(x)| dx.

Разбиение на подобласти

Смена лидерства

Точки пересечения делят фигуру на непересекающиеся блоки.
Сумма модулей

Общая формула

Интеграл от модуля разности двух непрерывных функций.

Опасность вычисления одним интегралом

Если не разбить отрезок в точке пересечения, положительная и отрицательная разности взаимно вычтутся, дав ложный заниженный результат!

Шаг 1
Нахождение всех корней уравнения f₁ = f₂
Определяют все внутренние точки пересечения.
Шаг 2
Разбиение интеграла на слагаемые
Записывают сумму интегралов по элементарным подотрезкам.
Шаг 3
Суммирование положительных площадей
Складывают площади всех фрагментов.
Площадь фигуры со сменяющимися границами
S=∫ab∣f2(x)−f1(x)∣ dxS = \int_a^b |f_2(x) - f_1(x)| \, dx
Раздел 4 из 5

При вращении криволинейной трапеции, ограниченной графиком y = f(x) на отрезке [a; b], вокруг оси абсцисс Ox образуется объемное геометрическое тело вращения. Сечение этого тела плоскостью, перпендикулярной оси Ox в точке x, представляет собой круг радиуса R(x) = |f(x)|. Площадь этого кругового сечения равна S(x) = π · R²(x) = π · f²(x). Суммируя объемы бесконечно тонких круговых дисков толщиной dx, получают формулу объема тела вращения: Vx = π ∫ₐᵇ f²(x) dx.

V = π ∫ f²(x) dx

Объем тела вращения

Интегрирование площадей поперечных круговых дисков вдоль оси Ox.
Метод дисков

Элемент объема dV

Элементарный цилиндр dV = π · y² · dx.

Вывод объема конуса и шара

Формула V = π ∫ f² dx позволяет строго вывести классические формулы стереометрии: объем шара V = 4/3 πR³ (вращение полукруга y = √(R² - x²)) и объем конуса V = 1/3 πR²H (вращение прямой y = (R/H)x).

Шаг 1
Запись образующей функции y = f(x)
Фиксируют уравнение вращающейся линии.
Шаг 2
Возведение функции в квадрат
Формируют подынтегральное выражение f²(x).
Шаг 3
Умножение интеграла на число π
Вычисляют π ∫ₐᵇ f²(x) dx.
Формула объема тела вращения вокруг оси Ox
Vx=π∫ab[f(x)]2 dxV_x = \pi \int_a^b [f(x)]^2 \, dx

Если вокруг оси Ox вращается фигура, заключенная между двумя графиками y = f₂(x) и y = f₁(x) (где f₂(x) ≥ f₁(x) ≥ 0), то тело вращения оказывается полым (с внутренней цилиндрической или конической выемкой). Площадь поперечного сечения такого тела представляет собой круговое кольцо с внешним радиусом R = f₂ и внутренним r = f₁: S(x) = π(f₂² - f₁²). Итоговый объем равен: Vx = π ∫ₐᵇ [f₂²(x) - f₁²(x)] dx.

V = π ∫ (f₂² - f₁²) dx

Полое тело вращения

Разность объемов внешнего и внутреннего тел вращения.
Метод колец

Кольцевое сечение

Площадь кольца равна π(R² - r²).

Разность квадратов, а не квадрат разности

В формуле стоит разность квадратов (f₂² - f₁²), а НЕ квадрат их разности (f₂ - f₁)²! Это принципиальное различие.

Шаг 1
Определение внешнего и внутреннего радиусов
Выявляют более удаленную от оси Ox кривую.
Шаг 2
Составление разности f₂² - f₁²
Возводят каждую функцию в квадрат по отдельности и вычитают.
Шаг 3
Интегрирование с множителем π
Находят итоговый объем полого тела.
Объем полого тела вращения
Vx=π∫ab([f2(x)]2−[f1(x)]2) dxV_x = \pi \int_a^b \left( [f_2(x)]^2 - [f_1(x)]^2 \right) \, dx
Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул11 класс
Свойства показательной функции aˣ:
ax⋅ay=ax+y;(ax)y=ax⋅y;a0=1aˣ \cdot aʸ = a^{x+y};\quad (aˣ)ʸ = a^{x \cdot y};\quad a^0 = 1
Основное логарифмическое тождество:
alogab=ba^{logₐ b} = b
Логарифм произведения и частного:
loga(xy)=logax+logay;loga(x/y)=logax−logaylogₐ (xy) = logₐ x + logₐ y;\quad logₐ (x/y) = logₐ x - logₐ y
Вынесение степеней из логарифма:
logaq(xp)=(p/q)⋅logaxlog_{a^q} (xᵖ) = (p / q) \cdot logₐ x
Следующая тема

Дифференциальные уравнения первого порядка

Перейти к теме →