图示为曲线 y=5+4e2xy = 5 + \frac{4}{e^{2x}} 的一部分,该曲线与 yy 轴交于点 PP。
曲线在点 PP 处的切线与 xx 轴交于 QQ。
求阴影区域的面积。

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完整解法

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1. Find the coordinates of point $P$ (the $y$-intercept of the curve).

At the yy-axis, x=0x = 0.
y=5+4e0=5+4=9y = 5 + \frac{4}{e^{0}} = 5 + 4 = 9
So, PP is (0,9)(0, 9).

2. Find the gradient of the tangent at $P$.

y=5+4e−2xy = 5 + 4e^{-2x}
dydx=4(−2)e−2x=−8e−2x\frac{dy}{dx} = 4(-2)e^{-2x} = -8e^{-2x}
At x=0x = 0, dydx=−8e0=−8\frac{dy}{dx} = -8e^{0} = -8

3. Find the equation of the tangent at $P$ and the coordinates of $Q$.

Equation of tangent: y−9=−8(x−0)  ⟹  y=−8x+9y - 9 = -8(x - 0) \implies y = -8x + 9
At QQ, the tangent intersects the xx-axis, so y=0y = 0.
0=−8x+9  ⟹  x=980 = -8x + 9 \implies x = \frac{9}{8}
So, QQ is (98,0)(\frac{9}{8}, 0).

4. Set up the integral for the area of the shaded region.

The shaded region is bounded by the curve and the tangent from x=0x = 0 to x=98x = \frac{9}{8}.
Area = ∫098((5+4e−2x)−(−8x+9))dx\int_{0}^{\frac{9}{8}} \left( (5 + 4e^{-2x}) - (-8x + 9) \right) dx
Area = ∫098(4e−2x+8x−4)dx\int_{0}^{\frac{9}{8}} (4e^{-2x} + 8x - 4) dx

5. Evaluate the definite integral.

∫(4e−2x+8x−4)dx=[4e−2x−2+8x22−4x]098\int (4e^{-2x} + 8x - 4) dx = \left[ \frac{4e^{-2x}}{-2} + \frac{8x^2}{2} - 4x \right]_{0}^{\frac{9}{8}}
=[−2e−2x+4x2−4x]098= \left[ -2e^{-2x} + 4x^2 - 4x \right]_{0}^{\frac{9}{8}}
=(−2e−2(98)+4(98)2−4(98))−(−2e0+0−0)= \left( -2e^{-2(\frac{9}{8})} + 4\left(\frac{9}{8}\right)^2 - 4\left(\frac{9}{8}\right) \right) - \left( -2e^{0} + 0 - 0 \right)
=(−2e−94+4(8164)−92)−(−2)= \left( -2e^{-\frac{9}{4}} + 4\left(\frac{81}{64}\right) - \frac{9}{2} \right) - (-2)
=−2e−94+8116−7216+3216= -2e^{-\frac{9}{4}} + \frac{81}{16} - \frac{72}{16} + \frac{32}{16}
=4116−2e−94= \frac{41}{16} - 2e^{-\frac{9}{4}}

答案

4116−2e−94\frac{41}{16} - 2e^{-\frac{9}{4}} or 2.352.35 (to 3 s.f.)

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