Определение площади. Площадь криволинейной трапеции. Площадь в полярных координатах

Определение: Пусть множество и A – ограничено. Рассмотрим множество (объединение прямоугольников), такое что , и множество , такое что , и назовем и фигурами. Площади этих фигур и можно посчитать. Т.к. множество оганичено сверху (S(A)) . Аналогично ограничено снизу (нулем) . Если , то это площадь A, а множество называется квадрируемым.

Пример1: Пусть τ – отрезок и . Ø. При этом S(M΄)=0 и . Пусть длина отрезка равна d, тогда , а длины d и высоты h. Тогда . Получили S(τ)=0.

Пример2: . , Ø и , т.к. никакой прямоугольник полностью не лежит в этом множестве. , т.е. , поэтому . Получаем, что , поэтому множество A - не квадрируемое.

Пусть f(x)≥0 на [a,b]. Криволинейная трапеция T - множество (x,y), такое что a≤x≤b и 0≤y≤f(x).

Теорема: (О площади криволинейной трапеции).

Пусть функция f(x)≥0 на [a,b]. Криволинейная трапеция T квадрируема тогда и только тогда(Û), когда функция f(x) интегрируема на [a,b]. При этом площадь T равна: .

Доказательство: Ü: По основной теореме . Найдутся такие и , что и . Тогда .

Þ: , так как криволинейная трапеция T квадрируема. Тогда Обе интегральные суммы стремятся к одному и тому же числу (S). , . Следовательно , поэтому функция f(x) интегрируема (из следствия основной теоремы).

Пример. x²+y²=R². a≤x≤b (a=-R, b=R), и 0≤y≤ . При этом

Замечание к определению площади: Множества можно заменить на любые другие квадрируемые множества. Если - фигуры, - квадрируемые множества, т.е. существуют площади и при этом , то при получим все то же самое.

Пусть множество задано в полярных координатах: x=r·cost, y=r·sint. Рассмотрим множество A, такое, что α≤t≤β и 0≤r≤r(t). Введем разбиение угла [α,β]: α=t₀<t₁<t₂<…<t_n=β. При этом Δ t_i=[t_i,t_i+1]. Рассмотрим сектора окружностей r_i=m_i – это будут сектора и r_i=M_i – это будут сектора . и . Окружности (с углом 2π) соответствует площадь πR², а сектору с углом α – площадь αR²/2. Поэтому и . и - нижняя и верхняя суммы Дарбý для функции f=r²/2. Получим и . То есть площадь S(A) существует и равна S (т.е. A квадрируема) тогда и только тогда, когда существует интеграл .