Tài liệu môn toán 12

Bài học cùng chương

Bài học chương khác

[Tài liệu môn toán 12] Diện tích hình phẳng giới hạn bởi ba đường cong

Thư viện lời giải
Lớp 12
Môn Toán học Lớp 12
Tài liệu môn toán 12
TIPS Giải Toán 12
Diện tích hình phẳng giới hạn bởi ba đường cong

Hướng dẫn học bài: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi ba đường cong - Môn Toán học Lớp 12 Lớp 12. Đây là sách giáo khoa nằm trong bộ sách 'Tài liệu môn toán 12 Lớp 12' được biên soạn theo chương trình đổi mới của Bộ giáo dục. Hi vọng, với cách hướng dẫn cụ thể và giải chi tiết các bé sẽ nắm bài học tốt hơn.

Bài viết hướng dẫn phương pháp ứng dụng tích phân để tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi ba đường cong, đây là dạng toán thường gặp trong chương trình Giải tích 12 chương 3: Nguyên hàm – Tích phân và Ứng dụng.

I. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN
Cách 1:
+ Tính hoành độ giao điểm của từng cặp đồ thị.
+ Chia diện tích hình phẳng thành tổng của các diện tích hình phẳng giới hạn bởi hai đồ thị.
Cách 2:
+ Vẽ các đồ thị trên cùng một hệ trục tọa độ.
+ Từ đồ thị chia diện tích hình phẳng thành tổng của các diện tích hình phẳng giới hạn bởi hai đồ thị.

II. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM MINH HỌA
Ví dụ 1: Gọi $S$ là diện tích hình phẳng giới hạn bởi đồ thị ba hàm số $y = f (x)$ , $y = g (x)$ , $y = h (x)$ (phần gạch chéo trong hình vẽ bên).

Khẳng định nào sau đây đúng?
A. $S = \int_{a}^{b} [f (x) - g (x)] d x$ $+ \int_{b}^{c} [f (x) - h (x)] d x .$
B. $S = \int_{a}^{b} [f (x) - h (x)] d x$ $+ \int_{b}^{c} [g (x) - h (x)] d x .$
C. $S = \int_{a}^{b} [g (x) - h (x)] d x$ $+ \int_{b}^{c} [f (x) - h (x)] d x .$
D. $S = \int_{a}^{b} [f (x) - g (x)] d x$ $+ \int_{b}^{c} [g (x) - h (x)] d x .$

Lời giải:
Từ đồ thị ta có:

$S = S_{1} + S_{2}$ $= \int_{a}^{b} [g (x) - h (x)] d x$ $+ \int_{b}^{c} [f (x) - h (x)] d x .$
Chọn đáp án C.

Ví dụ 2: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = - x^{2} + 3 x$ , $y = x + 1$ , $y = - x + 4$ bằng:
A. $\frac{1}{12} .$
B. $\frac{1}{6} .$
C. $\frac{1}{4} .$
D. $\frac{1}{3} .$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:
$- x^{2} + 3 x = x + 1$ $\Leftrightarrow - x^{2} + 2 x - 1 = 0$ $\Leftrightarrow x = 1.$
$- x^{2} + 3 x = - x + 4$ $\Leftrightarrow - x^{2} + 4 x - 4 = 0$ $\Leftrightarrow x = 2.$
$x + 1 = - x + 4$ $\Leftrightarrow 2 x - 3 = 0$ $\Leftrightarrow x = \frac{3}{2} .$
Diện tích:
$S = \int_{1}^{\frac{3}{2}} | - x^{2} + 3 x - x - 1 | d x$ $+ \int_{\frac{3}{2}}^{2} | - x^{2} + 3 x + x - 4 | d x$ $= \int_{1}^{\frac{3}{2}} {(x - 1)}^{2} d x$ $+ \int_{\frac{3}{2}}^{2} {(x - 2)}^{2} d x .$
$= {\frac{{(x - 1)}^{3}}{3} |}_{1}^{\frac{3}{2}}$ $+ {\frac{{(x - 2)}^{3}}{3} |}_{\frac{3}{2}}^{2}$ $= \frac{1}{12} .$
Chọn đáp án A.

Ví dụ 3: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = 2 x^{2}$ , $y = \frac{x^{2}}{4}$ , $y = \frac{54}{x}$ bằng:
A. $\frac{63}{2} - 54 \ln 2.$
B. $54 \ln 2.$
C. $- \frac{63}{2} + 54 \ln 2.$
D. $\frac{63}{4} .$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:
$2 x^{2} = \frac{x^{2}}{4} \Leftrightarrow x = 0.$
$2 x^{2} = \frac{54}{x} \Leftrightarrow x = 3.$
$\frac{x^{2}}{4} = \frac{54}{x} \Leftrightarrow x = 6.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{3} | 2 x^{2} - \frac{x^{2}}{4} | d x$ $+ \int_{3}^{6} | \frac{54}{x} - \frac{x^{2}}{4} | d x$ $= | \int_{0}^{3} (2 x^{2} - \frac{x^{2}}{4}) d x |$ $+ | \int_{3}^{6} (\frac{54}{x} - \frac{x^{2}}{4}) d x | .$
$= | {\frac{7 x^{3}}{12} |}_{0}^{3} | + | {(54 \ln x - \frac{x^{3}}{12}) |}_{3}^{6} |$ $= 54 \ln 2.$
Chọn đáp án B.

Ví dụ 4: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = e^{x}$ , $y = 3$ , $y = 1 - 2 x$ bằng:
A. $5 - 3 \ln 3.$
B. $3 \ln 3 - 5.$
C. $3 \ln 3 - 1.$
D. $S = 3 \ln 3 + 2 e - 5.$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:
$e^{x} = 3 \Leftrightarrow x = \ln 3.$
$3 = 1 - 2 x \Leftrightarrow x = - 1.$
$e^{x} = 1 - 2 x$ $\Leftrightarrow e^{x} + 2 x - 1 = 0$ $\Leftrightarrow x = 0$ (vì $f (x) = e^{x} + 2 x - 1$ đồng biến trên $R$ và $x = 0$ là một nghiệm của phương trình $e^{x} + 2 x - 1 = 0$ ).
Diện tích:
$S = \int_{- 1}^{0} | 3 - (1 - 2 x) | d x$ $+ \int_{0}^{\ln 3} | 3 - e^{x} | d x .$
$= | \int_{- 1}^{0} (2 + 2 x) d x |$ $+ | \int_{0}^{\ln 3} (3 - e^{x}) d x | .$
$= 3 \ln 3 - 1.$
Chọn đáp án C.

Ví dụ 5: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = \sqrt{x}$ , $y = 2 - x$ , $y = 0$ bằng:
A. $\frac{4}{3} .$
B. $\frac{7}{6} .$
C. $\frac{1}{6} + \frac{4 \sqrt{2}}{3} .$
D. $\frac{13}{3} .$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:
$\sqrt{x} = 2 - x$ $\Leftrightarrow {\begin{array}{l} x \leq 2 \\ x = {(2 - x)}^{2} \end{array}$ $\Leftrightarrow x = 1.$
$\sqrt{x} = 0 \Leftrightarrow x = 0.$
$2 - x = 0 \Leftrightarrow x = 2.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{1} | \sqrt{x} - (2 - x) | d x$ $+ \int_{1}^{2} | 2 - x | d x$ $= | \int_{0}^{1} (\sqrt{x} - 2 + x) d x |$ $+ | \int_{1}^{2} (2 - x) d x | .$
$= | {(\frac{2 x \sqrt{x}}{3} - 2 x + \frac{x^{2}}{2}) |}_{0}^{1} |$ $+ | {(2 x - \frac{x^{2}}{2}) |}_{1}^{2} |$ $= \frac{4}{3} .$
Chọn đáp án A.

Ví dụ 6: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol $(P) : y = x^{2} - x - 2$ và các tiếp tuyến của $(P)$ tại các giao điểm của $(P)$ với trục hoành bằng:
A. $\frac{63}{4} .$
B. $\frac{63}{8} .$
C. $\frac{117}{8} .$
D. $\frac{9}{4} .$

Lời giải:
Viết các tiếp tuyến:
$y = x^{2} - x - 2$ $\Rightarrow y^{'} = 2 x - 1.$
Phương trình hoành độ giao điểm của $(P)$ với $O x :$
$x^{2} - x - 2 = 0$ $\Leftrightarrow [\begin{array}{l} x = - 1 \\ x = 2 \Rightarrow y^{'} (2) = 3 \end{array} .$
Tại $M (- 1; 0)$ , $y^{'} (- 1) = - 3$ , phương trình tiếp tuyến là: $y = - 3 x - 3.$
Tại $N (2; 0)$ , $y^{'} (2) = 3$ , phương trình tiếp tuyến là: $y = 3 x - 6.$
Tìm các hoành độ giao điểm:
$x^{2} - x - 2 = - 3 x - 3$ $\Leftrightarrow x = - 1.$
$x^{2} - x - 2 = 3 x - 6$ $\Leftrightarrow x = 2.$
$- 3 x - 3 = 3 x - 6$ $\Leftrightarrow x = \frac{1}{2} .$
Diện tích:
$S = \int_{- 1}^{\frac{1}{2}} | x^{2} - x - 2 - (- 3 x - 3) | d x$ $+ \int_{\frac{1}{2}}^{2} | x^{2} - x - 2 - (3 x - 6) | d x .$
$= \int_{- 1}^{\frac{1}{2}} {(x + 1)}^{2} d x$ $+ \int_{\frac{1}{2}}^{2} {(x - 2)}^{2} d x$ $= {\frac{{(x + 1)}^{3}}{3} |}_{- 1}^{\frac{1}{2}}$ $+ {\frac{{(x - 2)}^{3}}{3} |}_{\frac{1}{2}}^{2}$ $= \frac{9}{4} .$
Chọn đáp án D.

Ví dụ 7: Hình phẳng giới hạn bởi đồ thị hàm số $y = 3 x - x^{2}$ và $y = {\begin{array}{l} - \frac{x}{2} & k h i x \leq 2 \\ x - 3 & k h i x > 2 \end{array}$ có diện tích là:
A. $S = \frac{2}{3} .$
B. $S = \frac{8}{3} .$
C. $S = 4.$
D. $S = 6.$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:

$3 x - x^{2} = - \frac{x}{2}$ $(x \leq 2)$ $\Leftrightarrow x = 0.$
$3 x - x^{2} = x - 3$ $(x > 2)$ $\Leftrightarrow x = 3.$
$- \frac{x}{2} = x - 3 \Leftrightarrow x = 2.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{2} (3 x - x^{2} + \frac{x}{2}) d x$ $+ \int_{2}^{3} (3 x - x^{2} - x + 3) d x = 6.$
Chọn đáp án D.

Ví dụ 8: Gọi $S$ là diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = \sqrt{3 x}$ , $y = 6 - x$ và trục $O x .$ Khẳng định nào sau đây là đúng?
A. $S = \int_{0}^{6} (\sqrt{3 x} - 6 + x) d x .$
B. $S = \int_{0}^{6} \sqrt{3 x} d x + \int_{0}^{6} (6 - x) d x .$
C. $S = \int_{0}^{3} \sqrt{3 x} d x + \int_{3}^{6} (6 - x) d x .$
D. $S = \int_{0}^{6} (6 - x - \sqrt{3 x}) d x .$

Lời giải:
Tìm các hoành độ giao điểm:
$\sqrt{3 x} = 6 - x$ $\Leftrightarrow {\begin{array}{l} 6 - x \geq 0 \\ 3 x = {(6 - x)}^{2} \end{array}$ $\Leftrightarrow x = 3.$
$\sqrt{3 x} = 0$ $\Leftrightarrow x = 0.$
$6 - x = 0 \Leftrightarrow x = 6.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{3} | \sqrt{3 x} - 0 | d x$ $+ \int_{3}^{6} | 6 - x - 0 | d x$ $= \int_{0}^{3} \sqrt{3 x} d x + \int_{3}^{6} (6 - x) d x .$
Chọn đáp án C.

III. LUYỆN TẬP
1. ĐỀ BÀI
Câu 1: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi nhánh đường cong $y = x^{2}$ $(x \geq 0)$ , đường thẳng $y = 3 - 2 x$ và trục hoành bằng:
A. $\frac{5}{12} .$
B. $\frac{23}{12} .$
C. $\frac{7}{8} .$
D. $\frac{7}{12} .$

Câu 2: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = \sqrt{2 x}$ , $y = 4 - x$ và trục $O x$ bằng:
A. $\frac{17}{3} .$
B. $\frac{16}{3} .$
C. $\frac{14}{3} .$
D. $\frac{13}{3} .$

Câu 3: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi các đường $y = x^{3}$ , $y = 2 - x$ và $y = 0$ bằng:
A. $\frac{3}{4} .$
B. $\frac{11}{4} .$
C. $\frac{7}{2} .$
D. $\frac{5}{2} .$

Câu 4: Gọi $S$ là diện tích hình phẳng giới hạn bởi đồ thị các hàm số $y = x^{2}$ , $y = \frac{x^{2}}{27}$ , $y = \frac{27}{x} .$ Khẳng định nào sau đây là đúng?
A. $S = \int_{0}^{3} | x^{2} - \frac{x^{2}}{27} | d x$ $+ \int_{3}^{9} | \frac{27}{x} - \frac{x^{2}}{27} | d x .$
B. $S = \int_{0}^{3} | x^{2} - \frac{27}{x} | d x$ $+ \int_{3}^{9} | \frac{27}{x} - \frac{x^{2}}{27} | d x .$
C. $S = \int_{0}^{3} | \frac{27}{x} - \frac{x^{2}}{27} | d x$ $+ \int_{3}^{9} | \frac{27}{x} - x^{2} | d x .$
D. $S = \int_{0}^{3} | x^{2} - \frac{27}{x} | d x$ $+ \int_{3}^{9} | x^{2} - \frac{x^{2}}{27} | d x .$

Câu 5: Cho diện tích hình phẳng giới hạn bởi hai nhánh đường cong $y = x^{2}$ $(x \geq 0)$ , $y = 4 x^{2}$ $(x \geq 0)$ và đường thẳng $y = 4$ bằng?
A. $\frac{8}{3} .$
B. $\frac{14}{3} .$
C. $7.$
D. $\frac{17}{3} .$

2. BẢNG ĐÁP ÁN

Câu	1	2	3	4	5
Đáp án	D	C	A	A	A

3. HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: Phương trình hoành độ giao điểm:
$x^{2} = 3 - 2 x$ $(x \geq 0)$ $\Leftrightarrow x = 1.$
$x^{2} = 0 \Leftrightarrow x = 0.$
$3 - 2 x = 0 \Leftrightarrow x = \frac{3}{2} .$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{1} | x^{2} - 0 | d x$ $+ \int_{1}^{\frac{3}{2}} | 3 - 2 x - 0 | d x$ $= \frac{7}{12} .$
Chọn đáp án D.

Câu 2: Phương trình hoành độ giao điểm:
$\sqrt{2 x} = 4 - x$ $\Leftrightarrow {\begin{array}{l} x \leq 4 \\ 2 x = {(4 - x)}^{2} \end{array}$ $\Leftrightarrow x = 2.$
$\sqrt{x} = 0 \Leftrightarrow x = 0.$
$4 - x = 0 \Leftrightarrow x = 4.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{2} | \sqrt{2 x} - 0 | d x$ $+ \int_{2}^{4} | 4 - x - 0 | d x$ $= \frac{14}{3} .$
Chọn đáp án C.

Câu 3: Phương trình hoành độ giao điểm:
$x^{3} = 0 \Leftrightarrow x = 0.$
$2 - x = 0 \Leftrightarrow x = 2.$
$x^{3} = 2 - x \Leftrightarrow x = 1.$
Diện tích:
$S = \int_{0}^{1} | x^{3} - 0 | d x$ $+ \int_{1}^{2} | 2 - x | d x = \frac{3}{4} .$
Chọn đáp án A.

Câu 4: Phương trình hoành độ giao điểm:
$x^{2} = \frac{x^{2}}{27} \Leftrightarrow x = 0.$
$\frac{x^{2}}{27} = \frac{27}{x} \Leftrightarrow x = 9.$
$\frac{27}{x} = x^{2} \Leftrightarrow x = 3.$
Diện tích: $S = \int_{0}^{3} | x^{2} - \frac{x^{2}}{27} | d x$ $+ \int_{3}^{9} | \frac{27}{x} - \frac{x^{2}}{27} | d x .$
Chọn đáp án A.

Câu 5: Phương trình hoành độ giao điểm:
$x^{2} = 4$ $(x \geq 0)$ $\Leftrightarrow x = 2.$
$4 x^{2} = 4$ $(x \geq 0)$ $\Leftrightarrow x = 1.$
$x^{2} = 4 x^{2} \Leftrightarrow x = 0.$
Diện tích: $S = \int_{0}^{1} | 4 x^{2} - x^{2} | d x$ $+ \int_{1}^{2} | 4 - x^{2} | d x = \frac{8}{3} .$
Chọn đáp án A.