图中显示了在 0≤x≤π0 \le x \le \pi 弧度范围内的曲线 y=sin⁡2x+xy = \sin 2x + x。点 MM 是曲线的极小值点,且 OMOM 是一条直线。 证明阴影区域的面积为 (3π6+34)\left(\frac{\sqrt{3}\pi}{6} + \frac{3}{4}\right) 平方单位。 第 10 题解答空间的续页。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

10

1. Find the derivative of the curve to locate stationary points.

y=sin⁡2x+xy = \sin 2x + x
dydx=2cos⁡2x+1\frac{dy}{dx} = 2\cos 2x + 1

2. Set the derivative to zero and solve for $x$ to find the minimum point $M$.

For stationary points, dydx=0\frac{dy}{dx} = 0:
2cos⁡2x+1=02\cos 2x + 1 = 0
cos⁡2x=−12\cos 2x = -\frac{1}{2}
Since 0≤x≤π0 \le x \le \pi, 0≤2x≤2π0 \le 2x \le 2\pi.
2x=2π32x = \frac{2\pi}{3} or 2x=4π32x = \frac{4\pi}{3}
x=π3x = \frac{\pi}{3} or x=2π3x = \frac{2\pi}{3}

Using the second derivative test:
d2ydx2=−4sin⁡2x\frac{d^2y}{dx^2} = -4\sin 2x
At x=π3x = \frac{\pi}{3}, d2ydx2=−4sin⁡(2π3)<0\frac{d^2y}{dx^2} = -4\sin(\frac{2\pi}{3}) < 0 (Maximum)
At x=2π3x = \frac{2\pi}{3}, d2ydx2=−4sin⁡(4π3)>0\frac{d^2y}{dx^2} = -4\sin(\frac{4\pi}{3}) > 0 (Minimum)
So, the xx-coordinate of MM is 2π3\frac{2\pi}{3}.

3. Find the $y$-coordinate of $M$.

Substitute x=2π3x = \frac{2\pi}{3} into the equation of the curve:
y=sin⁡(2(2π3))+2π3y = \sin\left(2\left(\frac{2\pi}{3}\right)\right) + \frac{2\pi}{3}
y=sin⁡(4π3)+2π3y = \sin\left(\frac{4\pi}{3}\right) + \frac{2\pi}{3}
y=−32+2π3y = -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{2\pi}{3}

4. Calculate the area under the curve from $x = 0$ to $x = \frac{2\pi}{3}$.

Area under curve =∫02π3(sin⁡2x+x) dx= \int_0^{\frac{2\pi}{3}} (\sin 2x + x) \, dx
=[−12cos⁡2x+x22]02π3= \left[ -\frac{1}{2}\cos 2x + \frac{x^2}{2} \right]_0^{\frac{2\pi}{3}}
=(−12cos⁡(4π3)+12(2π3)2)−(−12cos⁡(0)+0)= \left( -\frac{1}{2}\cos\left(\frac{4\pi}{3}\right) + \frac{1}{2}\left(\frac{2\pi}{3}\right)^2 \right) - \left( -\frac{1}{2}\cos(0) + 0 \right)
=(−12(−12)+4π218)−(−12(1))= \left( -\frac{1}{2}\left(-\frac{1}{2}\right) + \frac{4\pi^2}{18} \right) - \left( -\frac{1}{2}(1) \right)
=14+2π29+12= \frac{1}{4} + \frac{2\pi^2}{9} + \frac{1}{2}
=34+2π29= \frac{3}{4} + \frac{2\pi^2}{9}

5. Calculate the area of the triangle under the line $OM$.

The region under the line OMOM from x=0x=0 to x=2π3x=\frac{2\pi}{3} is a right-angled triangle with base 2π3\frac{2\pi}{3} and height (−32+2π3)\left(-\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{2\pi}{3}\right).
Area of triangle =12×base×height= \frac{1}{2} \times \text{base} \times \text{height}
=12(2π3)(−32+2π3)= \frac{1}{2} \left(\frac{2\pi}{3}\right) \left(-\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{2\pi}{3}\right)
=π3(−32+2π3)= \frac{\pi}{3} \left(-\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{2\pi}{3}\right)
=−3π6+2π29= -\frac{\sqrt{3}\pi}{6} + \frac{2\pi^2}{9}

6. Subtract the area of the triangle from the area under the curve to find the shaded area.

Shaded Area =Area under curve−Area of triangle= \text{Area under curve} - \text{Area of triangle}
=(34+2π29)−(−3π6+2π29)= \left( \frac{3}{4} + \frac{2\pi^2}{9} \right) - \left( -\frac{\sqrt{3}\pi}{6} + \frac{2\pi^2}{9} \right)
=34+2π29+3π6−2π29= \frac{3}{4} + \frac{2\pi^2}{9} + \frac{\sqrt{3}\pi}{6} - \frac{2\pi^2}{9}
=3π6+34= \frac{\sqrt{3}\pi}{6} + \frac{3}{4} (Shown)

答案

3π6+34\frac{\sqrt{3}\pi}{6} + \frac{3}{4}

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1图中显示了曲线 y=g(x)y = g(x) 的一部分。(2,8)(2, 8) 和 (6,1)(6, 1) 是曲线上的两个点。 已知 ∫26y dx=32\int_{2}^{6} y \text{ } dx = 32,求 ∫18x dy\int_{1}^{8} x \text{ } dy…
  2. 2图示为曲线 y=3e−12x−6y = 3e^{-\frac{1}{2}x} - 6 的一部分,该曲线与 xx 轴相交于点 PP,与 yy 轴相交于点 QQ。曲线在点 QQ 处的法线与 xx 轴交于点 RR。求 法线的方程, 阴影区域的面积。
  3. 3图中显示了曲线 y=3x+4y = \sqrt{3x + 4} 的一部分。直线 ABAB 在点 AA 处与曲线相切。点 BB 和 CC 位于 xx 轴上,且 CC 是曲线上的一个点。已知该曲线在点 AA 处的切线斜率为 32\frac{3}{2}…
  4. 4如图所示为曲线 y=(1−x)(x−4)y = (1 - x)(x - 4) 的一部分以及两条直线 l1l_1 和 l2l_2。直线 l1l_1 和 l2l_2 分别是曲线在点 PP 和 QQ 处的切线,斜率分别为 22 和 −2-2。 证明 PP 和…
  5. 5下图显示了 y=12x+1y = \frac{1}{2x+1} 的图像以及该曲线在其与 yy 轴交点处的切线。 求切线的方程。 计算阴影区域的面积。