Calculus · real student question

จงหาอนุพันธ์ของ f(x) = x^3 - 3x^2 + 2x แล้วหาค่าปริพันธ์จำกัดเขตของฟังก์ชันนี้บนช่วง [0, 3]

Question

ให้

f(x)=x33x2+2xf(x)=x^3-3x^2+2x

จงหา f(x)f'(x) แล้วหาค่า 03f(x)dx\displaystyle\int_0^3 f(x)\,dx

Step-by-step solution

  1. หาอนุพันธ์ทีละพจน์ด้วยกฎกำลัง เนื่องจาก ddxxn=nxn1\frac{d}{dx}x^n=nx^{n-1} และการหาอนุพันธ์เป็นการดำเนินการเชิงเส้น จึงจัดการแต่ละพจน์แยกกันได้

    ddx(x3)=3x2,ddx(3x2)=6x,ddx(2x)=2\frac{d}{dx}\left(x^3\right)=3x^2,\qquad \frac{d}{dx}\left(-3x^2\right)=-6x,\qquad \frac{d}{dx}(2x)=2

    ดังนั้น

    f(x)=3x26x+2f'(x)=3x^2-6x+2

  2. หาปฏิยานุพันธ์สำหรับปริพันธ์ ย้อนกฎกำลัง โดยเพิ่มเลขชี้กำลังทีละหนึ่งแล้วหาร

    F(x)=x44x3+x2F(x)=\frac{x^4}{4}-x^3+x^2

    ที่ไม่ใส่ค่าคงตัวของการหาปริพันธ์เป็นความตั้งใจ เพราะในปริพันธ์ จำกัดเขต ค่านั้นจะตัดกันไปในการลบ ปฏิยานุพันธ์ตัวใดก็ใช้ได้ ตรวจเร็ว ๆ: F(x)=x33x2+2x=f(x)F'(x)=x^3-3x^2+2x=f(x)

  3. ใช้ทฤษฎีบทหลักมูลของแคลคูลัส

    03f(x)dx=F(3)F(0)\int_0^3 f(x)\,dx=F(3)-F(0)

    F(3)=81427+9=81418=81724=94F(3)=\frac{81}{4}-27+9=\frac{81}{4}-18=\frac{81-72}{4}=\frac{9}{4}

    F(0)=0F(0)=0

    ปริพันธ์จึงเท่ากับ 94=2.25\dfrac{9}{4}=2.25

  4. สังเกตว่านี่คือพื้นที่เชิงเครื่องหมาย ไม่ใช่พื้นที่รวม แยกตัวประกอบได้ f(x)=x(x1)(x2)f(x)=x(x-1)(x-2) เส้นโค้งจึงตัดแกนที่ x=0,1,2x=0,1,2 เป็นบวกบน (0,1)(0,1) เป็นลบบน (1,2)(1,2) และกลับเป็นบวกอีกบน (2,3)(2,3) ปริพันธ์บวกชิ้นส่วนเหล่านี้ พร้อมเครื่องหมาย ค่าจึงน้อยกว่าพื้นที่เชิงเรขาคณิตระหว่างเส้นโค้งกับแกน

  5. ตรวจคำตอบด้วยการแยกที่ราก ใช้ FF ตัวเดิม

    01f=F(1)F(0)=14,12f=F(2)F(1)=014=14,23f=F(3)F(2)=940=94\int_0^1 f=F(1)-F(0)=\frac14,\qquad \int_1^2 f=F(2)-F(1)=0-\frac14=-\frac14,\qquad \int_2^3 f=F(3)-F(2)=\frac94-0=\frac94

    บวกกัน: 1414+94=94\tfrac14-\tfrac14+\tfrac94=\tfrac94 ตรงกับขั้นที่ 3 (ถ้าต้องการพื้นที่แบบไม่คิดเครื่องหมาย จะได้ 14+14+94=114\tfrac14+\tfrac14+\tfrac94=\tfrac{11}{4})

Answer

f(x)=3x26x+2,03f(x)dx=94f'(x) = 3x^2 - 6x + 2,\qquad \int_0^3 f(x)\,dx = \frac{9}{4}

Need to solve a different problem like this? Open the solver →