题目
Problem
Figure 1 shows a sketch of part of the curve with equation y=f(x).
The table below shows some corresponding values of x and y for this curve. The values of y are given to 3 decimal places.
| x | −1 | −0.5 | 0 | 0.5 | 1 |
|---|
| y | 2.287 | 4.470 | 6.719 | 7.291 | 2.834 |
Using the trapezium rule with all the values of y in the given table,
(a) obtain an estimate for
∫−11f(x)dx
giving your answer to 2 decimal places.
(3)
(b) Use your answer to part (a) to estimate
(i) ∫−11(f(x)−2)dx
(ii) ∫24f(x−3)dx
(3)
解答
(a)
解法一
思路
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梯形法则(Trapezium Rule)的公式为:
∫abydx≈2h[y0+yn+2(y1+y2+⋯+yn−1)]
其中,步长 h 是相邻 x 值的差:
h=−0.5−(−1)=0.5
将表中的 y 值依次代入公式计算即可。首项 y0=2.287,末项 yn=2.834,中间项为 4.470,6.719,7.291。
答题过程
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The step size h is given by:
h=0.5.
Using the trapezium rule:
∫−11f(x)dx≈=====2h[y0+y4+2(y1+y2+y3)]20.5[2.287+2.834+2(4.470+6.719+7.291)]0.25[5.121+2(18.480)]0.25[5.121+36.960]0.25[42.081]10.52025.
Therefore,
∫−11f(x)dx≈10.52(to 2 d.p.).
(b)
解法一
思路
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(i) 利用定积分的線性性質拆分:
∫−11(f(x)−2)dx=∫−11f(x)dx−∫−112dx
其中,常数定积分部分為 2×(1−(−1))=4。因此只需將 (a) 小題的結果減去 4。
(ii) 觀察被積函數 f(x−3),這是一個水平向右平移 3 單位後的函數。
積分區間也從 [−1,1] 平移到了 [2,4]。由於平移不改變曲線下的面積,因此這個積分值與 (a) 小題完全相同。
也可以用換元法:設 u=x−3,則 du=dx,且當 x=2 時 u=−1,當 x=4 時 u=1。故原式化為 ∫−11f(u)du。
答题过程
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(i)
Using the properties of integration:
∫−11(f(x)−2)dx====∫−11f(x)dx−∫−112dx∫−11f(x)dx−[2x]−11∫−11f(x)dx−(2(1)−2(−1))∫−11f(x)dx−4.
Using the answer from part (a):
∫−11(f(x)−2)dx≈=10.52−46.52(to 2 d.p.).
(ii)
Let u=x−3, then du=dx.
When x=2, u=2−3=−1.
When x=4, u=4−3=1.
So,
∫24f(x−3)dx=∫−11f(u)du.
Since ∫−11f(u)du is equivalent to ∫−11f(x)dx, we have:
∫24f(x−3)dx≈10.52(to 2 d.p.).