Soru

Zorluk: Zorİki Eğri Arasında Kalan Alan Hesabı

Dik koordinat düzleminde, f(x)=∣x2−1∣f(x) = |x^2 - 1| fonksiyonunun grafiği ile y=3y = 3 doğrusu arasında kalan sınırlı bölgenin alanı kaç birimkaredir?

Cevap: 8 birimkare

Cevap

Sınırlı bölgenin alanı 8 birimkaredir.
Sınırlı bölgenin alanı, üstteki doğru olan y=3y = 3 ile alttaki eğri olan y=∣x2−1∣y = |x^2 - 1| arasındaki farkın [−2,2][-2, 2] aralığındaki belirli integraline eşittir. Bu integral simetri kullanılarak iki parçaya ayrılıp hesaplandığında sonuç 8 birimkare çıkmaktadır.

Adım Adım Çözüm

1
Kesişim noktalarını bulma
x=−2x = -2 ve x=2x = 2
Entegrasyon sınırlarını belirlemek için ∣x2−1∣=3|x^2 - 1| = 3 denklemi çözülür. x2−1=3  ⟹  x2=4  ⟹  x=±2x^2 - 1 = 3 \implies x^2 = 4 \implies x = \pm 2 elde edilir. Diğer durum olan x2−1=−3x^2 - 1 = -3 denkleminin gerçel kökü yoktur.
2
Simetriyi kullanarak integrali basitleştirme
Alan=2∫02(3−∣x2−1∣) dxAlan = 2 \int_{0}^{2} (3 - |x^2 - 1|) \, dx
f(x)=∣x2−1∣f(x) = |x^2 - 1| ve y=3y = 3 fonksiyonları çift fonksiyonlar olduğundan, grafikler yy-eksenine göre simetriktir. Bu yüzden alan [−2,2][-2, 2] aralığı yerine [0,2][0, 2] aralığında hesaplanıp 2 ile çarpılabilir.
3
İntegrali kritik noktaya göre parçalama
Alan=2(∫01(3−(1−x2)) dx+∫12(3−(x2−1)) dx)Alan = 2 \left( \int_{0}^{1} (3 - (1 - x^2)) \, dx + \int_{1}^{2} (3 - (x^2 - 1)) \, dx \right)
x2−1=0  ⟹  x=1x^2 - 1 = 0 \implies x = 1 noktası mutlak değerin kritik noktasıdır. [0,1][0, 1] aralığında x2−1≤0x^2 - 1 \le 0 olduğundan ∣x2−1∣=1−x2|x^2 - 1| = 1 - x^2 olur. [1,2][1, 2] aralığında ise ∣x2−1∣=x2−1|x^2 - 1| = x^2 - 1 olur.
4
Belirli integralleri hesaplama
Birinci parça için 73\frac{7}{3}, ikinci parça için 53\frac{5}{3}
∫01(2+x2) dx=[2x+x33]01=73\int_{0}^{1} (2 + x^2) \, dx = \left[ 2x + \frac{x^3}{3} \right]_0^1 = \frac{7}{3} ve ∫12(4−x2) dx=[4x−x33]12=(8−83)−(4−13)=53\int_{1}^{2} (4 - x^2) \, dx = \left[ 4x - \frac{x^3}{3} \right]_1^2 = \left(8 - \frac{8}{3}\right) - \left(4 - \frac{1}{3}\right) = \frac{5}{3} olarak hesaplanır.
5
Toplam alanı bulma
8
Alan=2×(73+53)=2×123=8Alan = 2 \times \left( \frac{7}{3} + \frac{5}{3} \right) = 2 \times \frac{12}{3} = 8 birimkare bulunur.

Anahtar Kavram

İki eğri arasında kalan alan hesaplanırken üstteki eğriden alttaki eğri çıkarılarak belirli integral alınır. Mutlak değerli ifadelerde integral sınırları kritik noktalara göre parçalanmalıdır.
Bu soruyu puanla