
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文檔簡(jiǎn)介
3.1.1不定積分的概念與積分公式
教學(xué)目標(biāo):
(1)理解原函數(shù)與不定積分的概念,不定積分的幾何意義;
(2)掌握不定積分的基本積分公式、運(yùn)算法則;
(3)學(xué)會(huì)用直接積分法計(jì)算函數(shù)的不定積分。
教學(xué)重點(diǎn):
(1)不定積分的概念;
(2)用直接積分法計(jì)算函數(shù)的不定積分。
教學(xué)難點(diǎn):
對(duì)不定積分的幾何意義的理解。
授課時(shí)數(shù):3課時(shí)
教學(xué)過(guò)程
___________________a≡___________________備注
教師
介紹本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。講授
5,_
^?
--輛火車(chē)以48m∕s的速度勻速行駛.當(dāng)啟動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)時(shí),火車(chē)以固定的減速度教師
-6m∕s2停下.設(shè)火車(chē)在啟動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)r秒后的速度和位移分別為v(m∕s)和s(m),講授
與學(xué)
需要解決的問(wèn)題是:如何用/表示V和s.
王ΛL凹向
我們知道,若已知位移函數(shù)s=s(f),則可得到物體運(yùn)動(dòng)的速度函數(shù)v=s'(f);同
答相
樣若已知物體運(yùn)動(dòng)的速度函數(shù)V=V⑺,可得到物體運(yùn)動(dòng)的加速度函數(shù)α=MQ).結(jié)合
現(xiàn)在要解決的問(wèn)題與上述過(guò)程剛好相反,即
(1)已知速度函數(shù)的導(dǎo)數(shù)a=M(r)=-6,求速度函數(shù)M);10,
(2)已知位移函數(shù)的導(dǎo)數(shù)s,⑺=出),求速度函數(shù)s(f)?
這是求導(dǎo)數(shù)的逆運(yùn)算問(wèn)題,是積分學(xué)的基本概念之一.
1原函數(shù)與不定積分的概念教師
新知識(shí)講授
上面兩個(gè)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上都是在滿足函數(shù)k(x)=/(X)的情況下如何求原來(lái)函數(shù)的
問(wèn)題,由此,抽象出原函數(shù)的概念.15,
如果在區(qū)間I上,函數(shù)F(x)與F(X)滿足F?x)=f(x),則稱(chēng)函數(shù)F(X)是函數(shù)/(x)
在該區(qū)間上的一個(gè)原函數(shù)._____________________________________________________
知識(shí)鞏固
例1求函數(shù)/(x)=2x的原函數(shù).教師
解因?yàn)?fy=2x,所以f是2χ的一個(gè)原函數(shù);因?yàn)?f+ιy=2x,所以爐+1講授
是2x的一個(gè)原函數(shù);因?yàn)?χ2+C)=2x(C是任意常數(shù)),所以對(duì)于任意常數(shù)C,
25,
f+C都是2x的原函數(shù).
由例1不難得出:
(1)函數(shù)F(X)的原函數(shù)有無(wú)窮多個(gè);
(2)函數(shù)/(x)的兩個(gè)原函數(shù)之間只相差一個(gè)常數(shù);
(3)若函數(shù)E(X)為函數(shù)/(x)的一個(gè)原函數(shù),則F(X)+C(C是任意常數(shù))表示
/(x)的全部原函數(shù).
新知識(shí)
函數(shù)f(x)在區(qū)間/上的全部原函數(shù)/(X)+C(C為任意常數(shù))稱(chēng)為F(X)在區(qū)間
/上的不定積分,記作:∫/(X)Ch-,即
教師
?/(x)dr=F(x)+C.(3.1)
講授
其中符號(hào)J稱(chēng)為不定積分號(hào),/(x)稱(chēng)為被積函數(shù),/(x)dr稱(chēng)為被積表達(dá)式,X30,
稱(chēng)為積分變量,C稱(chēng)為積分常數(shù)._______________________________________________
知識(shí)鞏固
例2求下列各不定積分在教
師引
(1)?cosΛdr;(2)∫3X2dx.
領(lǐng)下
解⑴因?yàn)?SinXy=CoSX,所以SinX是CoSX的一個(gè)原函數(shù),因此
共同
∫cosxdx=sinx+C.
完成
(2)因?yàn)?χ3y=3χ2,所以χ3是3公的一個(gè)原函數(shù),因此40,
∫3x2dx=x3+C.
做一做在教
(1)已知J7(x)dr=2a+C,求/(x);師引
領(lǐng)下
(2)求不定積分J[12分?
完成
55,
新知識(shí)
由不定積分的概念知,函數(shù)的不定積分與導(dǎo)數(shù)(或微分)互為逆運(yùn)算,即教師
講授
(1)[∫?(?)d?]=f(x^d[]∕(x)dr]=∕(x)dx?60,
(2)∫∕,(Λ-)dx=/(x)+C或Jdf(x)=∫∕,(%)dx=f(x)+C.
2.不定積分的幾何意義
探究?//E+3結(jié)合
由J2xdr=χ2+c知,>=產(chǎn)+(7是2》的全部原函數(shù).λIl^=J+'圖像
動(dòng)畫(huà)
因?yàn)閥=d+c的圖像可以由拋物線y=f沿y軸移動(dòng)IClNCy=戶2
演示
個(gè)單位得到,所以y=∕+C的圖像是一族拋物線(如圖-?w?-??70,
3-1所示),并且每條拋物線上橫坐標(biāo)相同點(diǎn)處切線的斜率ψ
相等,都等于2x.圖3-1
教師
若F(X)是f(x)的一個(gè)原函數(shù),則稱(chēng)y=F(x)的圖形是f(x)的積分曲線.因?yàn)椴恢v授
80'
定積分j∕(X)Ck=/(X)+C是/(x)的原函數(shù)的一般表達(dá)式,所以它對(duì)應(yīng)的圖形是一
族積分曲線,稱(chēng)它為積分曲線族.積分曲線族y=尸(x)+C
的特點(diǎn)是:
(1)積分曲線族中任意一條曲線,可由其中某一條沿
y軸平行移動(dòng)而得到.
(2)每條積分曲線上橫坐標(biāo)相同點(diǎn)處,切線斜率相等,
都等于f(x),從而使相應(yīng)點(diǎn)的切線相互平行(如圖3-2所示).圖3-2
3.不定積分的基本積分公式、運(yùn)算法則、直接積分法教師
新知識(shí)講授
95,
基本積分公式
函數(shù)的不定積分與導(dǎo)數(shù)(或微分)互為逆運(yùn)算,因此,對(duì)每一個(gè)導(dǎo)數(shù)公式都可
以得出一個(gè)相應(yīng)的積分公式.
序號(hào)Ff(x)=fM∫∕(Λ)dr=F(x)+C
?AdX-kx+C
1.(AXy=k
orα+l
島Nafxdx≈-x+C(a≠-l)
2.=x(α≠-l)Jα+l
∫eλdx=ex÷C
3.(e)=e]
(InlX=T
4.1-dx=?n?x?+C
fX
x
=ax(a>0a≠i)[adx=+C(a>0,a≠V)
5.9
、ln,J?na
JSinAdX=-COSx+C
6.(-cosx/=sinx
∫cosAdx=sinx+C
7.(SinXy=COSX
2
8.(tanXy=SeCX1secΛdx=tanx+C
∫cos2xdx=-cotx+C
9.(一CotXy=CSCX
∫secxtanxdx=SeCX+C
10.(secXy=secxtanx
∫escxcotxdx=-cscx+C
11.(-CSC?/=CSCXCOtX
1
(arcsinx)'=//dx=arcsinx+C
12.___________√Γ7.√Γ7_______________________
1
(arctanx)=-------------dr=arctanx+C
13.____________\+^___________1l+x2
運(yùn)算法則
不定積分有以下兩條運(yùn)算法則.
(1)∫[/(?)土g(x)]dx=∫/(x)dr±∫g(x)dx
(2)J姓(X)Ck=AJ/(x)Ck,(%為不等于零的常數(shù))
直接積分法
利用運(yùn)算法則及被積函數(shù)的恒等變形,將所求積分轉(zhuǎn)化為基本積分公式表中的
積分進(jìn)行計(jì)算.
知識(shí)鞏固
例3求下列不定積分教師
講授
(1)?(―?-+2')dx;(2)?(―X—sinx)Λv.
19x
v2Al
解(?)f(-5-+2)dx?fx^dx+[2dr=-x^+q+——+C2,
jχ1JJIn2
I9x12x
令G+C,=C,則f(r+2v)dx=-χT+——+C=--+-+C.
jXIn2XIn2
說(shuō)明:今后計(jì)算不定積分時(shí),不必分別加積分常數(shù),只需在最后加一個(gè)即可.
(2)?(??-sin?)dr??∫xdx-Jsinxdr
在教
師引
11212
=-,—X—(—COSX)+C=—X+cosx+C>領(lǐng)下
224
例4求下列不定積分完成
(1)?(x-y-)^dx;(2)JSin-Id%.
3I10,
解⑴kx-^=)2(ix=卜x~-2&+4)CLr=gx'-2??∣χZ+[nIx∣+C
=LX3x>∕x+ln∣x∣+C.
33
/c、Γ.2?.Γ1-COSX,1-、八
(2)jsin-dx=J——-——dx=-(xy-sιnx)+C.
例5一物體以速度U=3/+書(shū)(單位:m∕s)作直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)r=ls時(shí),物體
經(jīng)過(guò)的路程s=3m,求該物體的運(yùn)動(dòng)方程.
教師
,講授
解因?yàn)?φ=V=3t~+At,
所以5=∫(3r2+4r)d?=t3+2t2+C.
115,
當(dāng)r=l時(shí),5=3,因此3=13+2×12+C,即C=O,
故該物體的運(yùn)動(dòng)方程為s=戶+4戶.
練習(xí)3.1.1學(xué)生
L求下列不定積分_______________________________________________________課上
完成
(1)∫(→-)dΛ5(2)∫(e"-τJ=+2)dx;
2%?∣1-x2
(3)∫(x3-l)2dr;(4)∫√^(x-l)dx;130'
2.一曲線經(jīng)過(guò)點(diǎn)(2,7),且曲線上任意一點(diǎn)(x,y)處的切線斜率為y'=3χ2+ι,
求該曲線的方程._____________________________________________________________
小結(jié)
新知識(shí):原函數(shù)與不定積分的概念,不定積分的幾何意義,不定積分的基本積135,
分公式、運(yùn)算法則,用直接積分法計(jì)算函數(shù)的不定積分。__________________________
作業(yè)
1.通過(guò)復(fù)習(xí)原函數(shù)與不定積分的關(guān)系,記憶不定積分的基本積分公式;
2.完成習(xí)題冊(cè)作業(yè)3.1.1。__________________________________________________
3.1.2不定積分的計(jì)算
教學(xué)目標(biāo):
(1)學(xué)會(huì)用湊微分法計(jì)算函數(shù)的不定積分;
(2)掌握分部積分法的步驟和關(guān)鍵,學(xué)會(huì)用分部積分法計(jì)算函數(shù)的不定積分。
教學(xué)重點(diǎn):
用湊微分法和分部積分法計(jì)算函數(shù)的不定積分。
教學(xué)難點(diǎn):
對(duì)“湊微分”公式的理解,分部積分法的步驟和關(guān)鍵。
授課時(shí)數(shù):4課時(shí).
教學(xué)過(guò)程
過(guò)程備注
^M≡I在教
完成下面等式師提
(1)____dx=d(sinx);(2)_____dx=d(6);(3)e*dx=d();示下
(4)[dx=d();(5)dx=()d(2-3x);(6)xdx=()d(x2+1).完成
X----------------------------10,
例6求不定積分J(X+1尸口.師生
共同
解1?(x+l)2dr=∫(x2+2x+l)dr=???+?2+?+C-
完成
解2令〃=x+l,則d"=(x+iydx=dx,代入原積分中,得
?(x÷l)2dr=∫w2dw=^+C,
20,
再將v=x+l回代,得∫(x+l)2dx=∣(x+l)3+C.
∣-1,
因?yàn)?(X+1)3=(X+1)2,所以I(X+1)3確定是(X+l)2的一個(gè)原函數(shù),說(shuō)明這
L3」3
種方法是正確的.利用這種方法可以很容易的計(jì)算出如J(X+1)∣°dx?J(X+l)ωodx等
不定積分,不必將被積函數(shù)展開(kāi),使得計(jì)算非常方便..
這種做法是否具有普遍性呢?答案是肯定的.
L不定積分的換元積分法
新知識(shí)教師
一般地,若Jy(X)dx=f(X)+C成立,則當(dāng)“是X的可導(dǎo)函數(shù)〃=奴x)時(shí),講授
?/(HX1M=F(u)+C
25,
也成立.
這個(gè)結(jié)論表明:在基本積分公式中,自變量X換成可導(dǎo)函數(shù)"=e(χ)時(shí),積分
公式的形式不變,公式仍然成立,這樣就擴(kuò)大了不定積分基本公式的適用范圍.
通常把這種求不定積分的方法叫做第一類(lèi)換元積分法,上述積分方法中關(guān)鍵是將被
積表達(dá)式寫(xiě)成f"(X))d奴X)的形式,稱(chēng)為湊微分,因此第一類(lèi)換元積分法又叫做湊
微分法.湊微分法是一種最基本的積分方法,下面分兩種基本情況介紹.
(1)形式為J∕(0r+))dx的不定積分(α≠0)
考慮到d(ov+6)=(OX+O)'dx=αdx,把被積函數(shù)中的dx湊微分,得
dx=-d(ax+b),令〃=ox+h,然后利用最基本積分公式求解.
________a____________________________________________________________________________________________________
知識(shí)鞏固
例7求Jλ∕2x-kk.教師
講授
解因?yàn)閐x=1d(2x-l),令"=2x-l,則
11?£1_______
??∣2.x—Idx=5J?/wdw="?—w~÷C=§(2x—I)J2x—1+C.
在運(yùn)算熟練后,中間變量〃只需記在心里,而不必寫(xiě)出來(lái),例7的具體寫(xiě)法是:
1,[2?1,
??J2x—Idx=—??∣2,x—ld(2x_1)=—,—(2X—1)2+C=—(2x—TN2x-1+C.
例8求C―!一?dx
Jl-4x
解[―^―dx=-if-1―d(l-4x)=-iln∣l-4x∣+C.
J1-4X4J1-4%4在教
師引
例9求Jsin?r.
領(lǐng)下
完成
解?sin?Lr=2∫sin?(=-2cos+ɑ-
40,
新知識(shí)教師
講授
(2)形式為J∕(a*))∕(*)dr的不定積分
把被積函數(shù)中的程'(x)dx湊微分,得/(X)dx=dQ(x),令M=°(x),然后利用最45,
基本積分公式求解.__________________________________________________________
知識(shí)鞏固
教師
例1?求JMX2-Ck.
講授
解被積函數(shù)中含有X和W—1且(χ2-iy=2χ,因此可以嘗試用X與dx湊微
分,即
12
xdx=-d(?-1),
20202
所以∫x(x-l)'dr=∣∫(x-l)'d(x-1)
2
=l.l^-i)"+c=±(x-l)"÷C.
例11求J*?
在教
被積函數(shù)中含有工和且因此可以嘗試用與湊微分,
解InX(InX)'=L,Ldx師引
XXX領(lǐng)下
即
共同
?d??d(ln?),
完成
X
所以∫?→ir??In?d(Inx)=?(Inx)2+C.60,
例12求JeSm&?cosXdX.
解被積函數(shù)中含有CoSX和e'g且(SinX)'=cosx,因此可以嘗試用CoSX與dx
湊微分,即
COSXdX=d(sinx).
所以∫esinv?Cosxdx=∫esinvd(sinx)=esinx+C.
新知識(shí)在教
師引
一般地,當(dāng)被積函數(shù)中的含有X,e?,sin?,COSx,?>?,-L..?,
XX-√XJl-X2領(lǐng)下
共同
—等因式時(shí),可以考慮將它們與dx湊微分,即
l+x2完成
XdX=Ld(X2),evdx=d(er),SinXdX=-d(cosx),CoSXdX=d(sinx),
270,
—dx=d(lnx),?d??-d(?),-y=dx=2d(4),,-?——dx=d(arcsinx),
XXZXdXJl-X2
—?d?=d(arctanx).
1+x
在求解不定積分問(wèn)題中,所用到的湊微分絕非只有這些.因此,對(duì)遇到的具體
問(wèn)題要認(rèn)真分析,總結(jié)規(guī)律,逐步掌握這一積分方法.
練習(xí)3.1.2學(xué)生
1.用湊微分法求下列不定積分課上
完成
(D∫(3x+D5dr;(2)
90,
(3)Jsin2XCOSAtLr:(4)xevCk;
2.不定積分的分部積分法
新知識(shí)教師
分部積分法是與兩個(gè)函數(shù)乘積的導(dǎo)數(shù)運(yùn)算法則對(duì)應(yīng)的,也是一種基本積分方講授
法.
100,
函數(shù)〃="(x),V=v(?)乘積的導(dǎo)數(shù)公式是
{uv)t=UV+UV
移項(xiàng),得WVr=(〃□)'-UfV
兩邊同時(shí)求不定積分,得
?uv,dx=?(wv),dx—?uvdx
即?^/dv=Wv-?idw(3.2)
上述公式稱(chēng)為分部積分公式.它可以將求JMk的積分問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求Jld"的積
分,當(dāng)積分卜日〃較容易求出時(shí),利用分部積分公式起到了化難為易的作用.
知識(shí)鞏固
例13求JAcosAtir.教師
分析用分部積分法求解,怎樣選取"和Ck呢?我們做下面的嘗試.講授
解I設(shè)"=x,du=CoSXdX=d(sinx),則d"=dx,V=SinX.
應(yīng)用分部積分公式,得I1O,
JxcosAdx=xsinx-∫sinΛdr=xsinx+cosx+C.
解2設(shè)“=CoSX,dv=XdX=d(;f),則d"=-SinXdx,v=?x2.
應(yīng)用分部積分公式,得
∫xcosΛdx=^x2cos%+???2sin?dr.(1)
式(1)右端的積分比原來(lái)的積分更不易求出,說(shuō)明這樣選取“、dv是不合適的.
新知識(shí)教師
由例13可以看到:講授
(1)選取“和dv的原則是:dv容易求得,「d"比原來(lái)的積分容易計(jì)算.
115,
(2)由du=CoSXdX=(SinXydr=d(sinx)求出U=SinX,實(shí)質(zhì)還是湊微分.因此,
使用分部積分公式的一般步驟是:
,湊微分代入公式
∫uv,dxz^^=z∫udvwv-∫vdw
求d〃積分
?vufdXF(x)+C.
運(yùn)算熟練后,〃、du及d〃、y只需記在心里,而不必寫(xiě)出來(lái),例13的具體寫(xiě)
法是:
∫xcosΛdr=∫Λd(sirtr)=xsinx-∫si∏Λck=xsinx+cosx÷C?
知識(shí)鞏固
教師
例14求JjdnAdX.
講授
解∫xlnΛdx=∫ln?d(?^2)=^x2lnx-∫^x2d(lnx)
=-x2Inx-f??2?-dx=-x2Inx-[??d?
2j2X2j2
12112「
——x~InX—.V+C?
24
有時(shí)需要連續(xù)兩次湊微分,然后應(yīng)用分部積分公式進(jìn)行計(jì)算.
例15求JnosZrdx.在教
解?Λcos2xdx=;JXCoS2rd(2x)=gJΛd(sin2r)=?(xsin2x-?sin2uLr)師引
領(lǐng)下
=-?[xsin2x-?∫sinZtd(2x)]=?[xsin2x+?cos2x]+C共同
完成
=LXSin2x+kos2x+C.
24
135,
有些積分需要連續(xù)幾次用分部積分公式才能求出.
例16求JX2e\]x.
解∫x2e'dx=?fd(e*)=x2ex-?evd(x2)=x2e*-2∫xexdx
對(duì)于j?e?k繼續(xù)用分部積分公式,
上式=x2ev-2∫xd(ejr)=x1ex-2(xex-∫evdx)
=Λ-2e'-2xex+2ev+C=ev(x2-2x+2)+C.
說(shuō)明當(dāng)被積函數(shù)只有一項(xiàng)時(shí),此函數(shù)就是“,dx就是dv,這時(shí)不需要湊微
分,直接代入分部積分公式即可.______________________________________________
練習(xí)3.1.2學(xué)生
課上
2.用分部積分法求下列不定積分
完成
(1)??e?dr:(2)∫xcos3xdr;
150'
鏈接軟件
利用高級(jí)計(jì)算器可以方便的計(jì)算不定積分.演示
計(jì)算例16操作如下:
1.單擊不定積分符號(hào)J,在命令窗口出現(xiàn)符號(hào)JdX后,輸入被積函數(shù)165'
2.單擊“輸入”,得到計(jì)算結(jié)果x2ev-2xex+2e'+C.BP
∫x2ex(iv=x2ejr-2xe"+2e*+C
說(shuō)明利用高級(jí)計(jì)算器計(jì)算不定積分,其結(jié)果可能與我們動(dòng)手計(jì)算在形式上不
同,兩種結(jié)果都是正確的,它們可以互化或只差一個(gè)常數(shù)._______________________
練習(xí)3.1.2學(xué)生
3.用計(jì)算器求下列不定積分課上
完成
∣2COSX,
(1)∫√-xdΛ-i(2)------------------JdX;
sinΛ(1+sinx)175'
小結(jié)
新知識(shí):不定積分的換元積分法(湊微分)和分部積分法。_____________________180'
1梳.理不定積分的湊微分法、分部積分法;
2.完成習(xí)題冊(cè)作業(yè)3.1.2。_________________________________________________
3.2.1定積分的概念
教學(xué)目標(biāo):
理解定積分的概念及幾何意義。
教學(xué)重點(diǎn):
定積分的概念。
教學(xué)難點(diǎn):
定積分的概念的理解。
授課時(shí)數(shù):2課時(shí).
教學(xué)過(guò)程
___________________M___________________備注
探究
動(dòng)畫(huà)
1.面積問(wèn)題
演示
如何計(jì)算由曲線y=f和直線X=0、x=l、y=0圍成的圖形(圖3-4)的面積圖3-
呢?4面
積的
求法
總結(jié)
求解
步驟
圖3-4圖3-5
回想第1章曾介紹利用“割圓術(shù)”求圓周長(zhǎng)的方法,現(xiàn)在繼續(xù)用這種思想求上
述圖形的面積.設(shè)所求面積為A.
第I步:以矩形面積做面積A的近似值.
1O
通過(guò)作直線X=L-X=ELI把面積A分成〃個(gè)條形,再過(guò)上述
nnn
直線與曲線y=』的交點(diǎn)做平行于X軸的直線,即可得到〃個(gè)矩形(圖3-5),這些
矩形面積的和就是面積A的近似值A(chǔ)”.容易看出:每個(gè)矩形的寬都是高分別為
n
函數(shù)y=f在點(diǎn)%=J.,X=-,n-?
X------X-=K=I處的函數(shù)值,于是
nnnn
22
112n
+—?加H----4
4nnn
=4-+22++〃2).
n
利用公式『+2?++〃2=2(〃+1)(2〃+1)得,
6
.(n+l)(2π+l)
4=-6n2?
第2步:利用極限思想求面積A.
由圖3-5可以看到,隨著矩形個(gè)數(shù)的增加(當(dāng)”增大時(shí)),A,,和A越接近.因
此,所求面積A為矩形面積和的極限,即
(〃+1)(2〃+1)1
A=IimAJJ=Iim
n→∞n→∞6ιΓ3
一般地,由曲線y=∕(x)和直線X=α、X=b、y=0圍成的的平面圖形稱(chēng)為曲演示
曲邊
邊梯形(圖3-6)?下面來(lái)計(jì)算曲邊梯形的面積A.
梯形
y的面
積的
y=Aχ)
求法
Xn-IX"=bX
圖3-6圖3-7
總結(jié)
求解
步驟
(1)用直線X=XI,X=X2,……,x=∕τ將面積A分成八個(gè)等寬的小曲邊梯
形(如圖3-7所示),每個(gè)小曲邊梯形的寬都是Ax=之.這時(shí),區(qū)間[凡切被分成
n
力個(gè)小區(qū)間:Oo,x∣],[玉,&],....,(其中Λ?)=α,xn=b),
(2)用寬為〃、高分別為函數(shù)y=f(x)在每個(gè)小區(qū)間右端點(diǎn)處的函數(shù)值的矩形
面積來(lái)近似代替對(duì)應(yīng)的小曲邊梯形面積,這些矩形面積的和就是面積A
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