Applications of Integrals
Integrals are powerful in both theory and practice. Here are geometric and physical applications.
几何应用
平面图形面积
If f(x) is continuous on [a,b], the area with the x-axis is
S=∫ab∣f(x)∣dx
Absolute value handles negative regions.
Examples
- y=x2 on [0,1]: S=∫01x2dx=31.
- y=sinx on [0,π]: S=∫0πsinxdx=2.
- y=x3−x on [−1,1]: split sign; result 21.
平面曲线弧长
If y=f(x) is C1 on [a,b],
L=∫ab1+[f′(x)]2dx
Example y=x2 on [0,1]: L=21(5+21ln(2+5)).
旋转体体积
For y=f(x) continuous on [a,b], revolving about x-axis:
V=π∫ab[f(x)]2dx
Examples
- y=x2, [0,1]: V=5π.
- y=sinx, [0,π]: V=2π2.
物理应用
功(Work)
Force F(x) along x from a to b:
W=∫abF(x)dx
Examples
- Spring F(x)=kx: W=2ka2 from 0 to a.
- Gravity F(r)=r2GMm: W=GMm(a1−b1).
质心(Center of mass)
For thin plate with density ρ(x) on [a,b],
xˉ=∫abρ(x)dx∫abxρ(x)dx
电荷分布、电场
Continuous charge density λ(x) on a wire: total charge Q=∫λ(x)dx; fields computed via integrals.
概率
Continuous random variable with density f(x): P(X∈[a,b])=∫abf(x)dx.
Summary
本文出现的符号
| 符号 | 类型 | 读音/说明 | 在本文中的含义 |
|---|
| ∫ | 数学符号 | integral | 定积分符号 |
| $ | f(x) | $ | 符号 |
| π | 希腊字母 | Pi(派) | 圆周率 |
中英对照
| 中文术语 | 英文术语 | 音标 | 说明 |
|---|
| 平面面积 | plane area | /pleɪn ˈeəriə/ | 曲线与坐标轴围成的面积 |
| 弧长 | arc length | /ɑːk lɛŋkθ/ | 平面曲线长度 |
| 旋转体体积 | volume of revolution | /ˈvɒljuːm əv ˌrɛvəˈluːʃn/ | 围绕轴旋转形成的体积 |
| 功 | work | /wɜːk/ | 力做的功 |
| 质心 | center of mass | /ˈsɛntər əv mæs/ | 分布的平衡点 |
| 概率密度 | probability density | /ˌprɒbəˈbɪləti ˈdɛnsəti/ | 连续型随机变量的密度 |