本题导读
本题考查用定积分计算椭圆所围成的面积。
📌【题干】
Question
(1977年河北卷) 利用定积分计算椭圆 所围成的面积.
🔍【思路分析】
破题导航
- 利用对称性:
- 椭圆关于 轴、 轴对称。
- 总面积 等于第一象限面积 的 4 倍。
解出第一象限的函数:。
建立定积分:。
三角换元:令 ,换积分限,用二倍角公式降幂积分。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
- 第一步:利用对称性并解出函数 由椭圆关于坐标轴对称,总面积 是第一象限面积 的 4 倍。
第一象限中 ,,由方程:
总面积:
- 第二步:三角换元 令 ,则:
换积分限:
- 时,,;
- 时,,,。
又 ,代入:
- 第三步:用降幂公式积分 由 :
由牛顿-莱布尼茨公式: 因 且 :
所以,椭圆所围成的总面积为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:定积分的几何应用、三角换元、降幂公式积分。
- 核心方法:四分对称法、三角换元法。
- 避坑指南:
换元后忘变限:定积分换元须同时换积分限,不能算完原函数后仍代入原上限 。
开方取正:,因 ,,可写成 。若在其他象限,需注意正负号。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:本题为 1977 年河北卷第 10 题,考查定积分求椭圆面积。
结论推广:从仿射变换看,圆 的面积为 ,把 方向压缩为原来的 倍,面积变为 。更一般地,对 (),其面积为 ;当 时即得 。
🔗【关联脉络】
Multi column