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从伽利略到上海高考微积分综合题

.从静止开始的匀加速直线运动——“自然加速运动”,物体开始下落后某一时刻的速度与时间成正比(任意相等的时间间隔内速度的增量都相等),比例系数为定义为“加速度”,在此期间,运动的平均速度是最终速度的一半。这一结论的证明延续了古希腊的几何传统,实质上为后来的解析几何和微积分方法奠定了原型。

这组几何描述的自然结论: 对于从静止开始的匀加速直线运动,从起点到任意位置的距离与时间的平方成正比—— 如果这个匀加速运动是自由落体,那么这就是所谓“自由落体定律”。它还有一个可以在经验世界中检验的推论: 从静止开始,任意相邻相等时间间隔内的运动距离之比为1:3:5:7:9. 正好构成了一个奇数序列—— 这是毕达哥拉斯的发现。

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从伽利略到上海高考微积分综合题

作者:李青舟《德尔斐的囚徒:从苏格拉底到爱因斯坦》 摘录

对于从静止开始的匀速直线运动,直角三角形的两条直角边分别表示时间t和终点速度v。 v与t成正比,即v=at。比例系数a定义为加速度。矩形的面积表示物体在时间t内以终端速度v即vt做匀速直线运动的距离,而直角三角形的面积表示这段时间的距离匀加速直线运动的速度,可以表示为该段匀加速直线运动的平均速度。 (v上面加破折号不能打,下同)与经过时间t的乘积t。从直角三角形的面积是矩形面积的一半,可以推导出平均速度是终端速度的一半。平均速度的几何意义正是直角边v对应的中线。

自由落体运动是一种初速度为0的匀加速线性运动。自由落体运动可以用公式d=16t来描述,其中d代表物体下落的距离,单位为英尺(ft)。 t表示运动时间,单位为秒(s)。很容易求出重力加速度g=32(ft/s)。由物理公式s=1/2gt可得d=16t。将其视为原函数,求导得到v=32t。导数的物理意义是某一时刻的瞬时速度(距离相对时间的瞬时变化率)。例如,要求自由落体运动第三秒结束时的瞬时速度,将t=3 代入公式可得

从伽利略到上海高考微积分综合题

v=96(英尺/秒)。

已知原函数y=f(x)=16x 是求其导数的正向问题。求导结果为f\'(x)=32x。已知导函数f\'(x)=32x,求其原函数是一个反问题。

图中直角三角形的斜边就是匀加速直线运动的速度-时间图。曲线下的面积表示随时间t 的累积距离。

现在我们来计算函数f(x)=32x的图形以及x轴和直线x=5围成的图形的面积。

利用牛顿-莱布尼茨公式计算:首先求出F(x)的解析公式:F(x)=16x。

将已知条件代入公式:

F(5)=165=2544=400,

F(0)=0,所以所需面积为400。

看下一张图,它说明了公式v=v+at的物理意义。

例如求函数y=32x、x轴、直线x=3和直线x=5围成的图形的面积。

F(5)=400,F(3)=169=144,所需面积=400-144=256。

现在我们用梯形面积公式来计算:梯形的上下底可以用导数函数y=32x来计算。 S=1/2(96+160)·2=256。

知识概括

原功能

函数f(x) 定义在区间I 上。如果存在函数F(x),并且F\'(x)=f(x) 存在于区间I 上的任意点x,则F(x) 为称为函数f(x 的原函数)。如果F(x) 是函数f(x) 在区间I 上的原函数,且C 是任意常数,则有:

(1)F(x)+C也是f(x)的原函数;

(2) 区间I上f(x)的任意本原函数都可以表示为F(x)+C的形式。

不定积分

f(x)的所有原函数F(x)+C(C为常数的首字母)称为函数f(x)的不定积分,记为:f(x)dx,即

f(x)dx=F(x)+C。

其中,称为积分符号,f(x)称为被积函数,x称为积分变量,f(x)dx称为被积函数,C称为积分常数。

不定积分的运算规则

(1)kf(x)dx=kf(x)dx;

(2)[f(x)g(x)]dx=f(x)dx

g(x)dx;

基本积分公式

(1)0dx=C;

(2)1dx=x+C;

(3)edx=e+C;

(4)sinxdx=-cosx+C;

(5)cosxdx=sinx+C;

(6)secxdx=tanx+C;

现在为了增加难度,我们来计算一下下图所示的面积。

被积函数为xdx,积分下限为1,积分上限为4。

计算定积分的方法是如下所示的牛顿-莱布尼茨公式。

图片来自20世纪90年代高中数学教材《微积分初步》,A级全册。当时重点高中使用A型教材,普通高中使用B型教材(指理科教材)。

答案如下所示:

让我们看另一个例子。找到下图所示的区域。

求被积函数xdx从0到1的面积。答案如下所示:

求被积函数xdx 在区间[0,1] 内的曲线下面积。答案如下所示:

我们的样题很简单,但考试不会那么简单。这个问题将像老师想象的那样困难。

最后我们以解决一道高考数学题来结束本文。

问题呈现

假设y=f(x) 是二次函数,方程f(x)=0 有两个相等的实根,且f\'(x)=2x+2。

(1)求出y=f(x)的表达式;

(2)若直线x=-t(0t1)平分y=f(x)的像和两个坐标轴围成的图形面积,求t的值。

(1995年上海高考真题)

请大家思考一下,总结知识后给出答案分析。

定积分

对于区间[a, b]上连续函数f(x)的任意原函数F(x),从x=a到x=b的变化量F(b)-F(a)称为函数f (x) 区间[a, b]内的定积分写为

现在

上图是牛顿-莱布尼茨公式。

平面图形的面积

连续函数y=f(x)(f(x)0)表示的曲线与直线x=a、x=b与x轴所围成的曲线梯形的面积为

现在就开始解决问题。

解决方案:(第一个问题)

假设f(x)=ax+bx+c,则f\'(x)=2ax+b。

还已知f\'(x)=2x+2,因此a=1,b=2。

f(x)=x+2x+c

方程f(x)=0 有两个相等的实根

=4-4c=0,c=1

f(x)=x+2x+1

(第二个问题)

根据标题,有

第一题是反问题,即给定导函数,求原函数。第二个问题考察定积分。

科学还没有普及,媒体还需要努力。感谢您的阅读,再见。

用户评论


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上海高考的微积分题难度真的很大吗?

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上海高考微积分综合题,这可是很多学生的噩梦啊!

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