btvn.vn

Tích phân trong chuyển động và tích lũy

Lưu trên thiết bị này
Nguyên hàm, tích phân và ứng dụng · Chọn bài khác

Biết tốc độ thay đổi, tìm lượng đã thay đổi

Vận tốc cho biết vị trí thay đổi nhanh thế nào; lưu lượng cho biết lượng nước tăng hoặc giảm theo thời gian. Tích phân trên một khoảng thời gian cho biết mức thay đổi tích lũy. Muốn tìm lượng cuối cùng, còn cần lượng ban đầu.

Ba công thức cần phân biệt

Nếu Q′(t)=q(t) liên tục thì: $$Q(b)=Q(a)+\int_a^b q(t)\,dt.$$ Trong chuyển động thẳng, độ dịch chuyển là tích phân v(t). Quãng đường là: $$s=\int_a^b|v(t)|\,dt.$$ Nếu vận tốc không âm trên cả khoảng, hai kết quả bằng nhau. Nếu vật đổi chiều, phải tách tại nơi v đổi dấu để tính quãng đường. Khi đề cho gia tốc, tìm vận tốc bằng nguyên hàm và điều kiện v ban đầu trước.

Ví dụ 1 — Bể có nước từ trước

Bể ban đầu có 10 lít. Trong ba phút, nước chảy vào với lưu lượng q(t)=2t+1 lít/phút, không có nước chảy ra. Tìm lượng cuối cùng. Lượng thêm là tích phân q từ 0 đến 3: $$\int_0^3(2t+1)\,dt=[t^2+t]_0^3=12\text{ lít}.$$ Vậy cuối cùng có 10+12=22 lít. Số 12 chỉ là lượng thêm, không phải tổng lượng nước. Đơn vị lít/phút nhân với thời gian phút cho đơn vị lít.

Thử: vận tốc không đổi

Xe chạy thẳng với vận tốc 3 m/s trong 4 giây. Quãng đường bằng gì?
Chọn một đáp án

Ví dụ 2 — Chuyển động đổi chiều

Đồ thị vận tốc v bằng 2t trừ 2 có một tam giác dưới trục diện tích 1 và một tam giác trên trục diện tích 4; độ dịch chuyển 3, quãng đường 5.
Tích phân vận tốc giữ dấu; quãng đường cộng độ lớn của các miền sau khi tách tại thời điểm đổi chiều.
Mở hình lớn
Vật có v(t)=2t−2 m/s trên [0;3]. Tìm độ dịch chuyển và quãng đường. v=0 tại t=1, âm trước 1 và dương sau 1. Độ dịch chuyển: $$\int_0^3(2t-2)\,dt=[t^2-2t]_0^3=3\text{ m}.$$ Quãng đường gồm phần đi ngược chiều dương rồi phần đi cùng chiều dương: $$s=\int_0^1(2-2t)\,dt+\int_1^3(2t-2)\,dt=1+4=5\text{ m}.$$ Vật cách vị trí đầu 3 m theo chiều dương, nhưng đã đi tổng cộng 5 m.

Thử: từ gia tốc

Gia tốc a(t)=2 m/s², v(0)=1 m/s. Tìm quãng đường trong 2 giây đầu.
Chọn một đáp án

Giá trị trung bình trên một khoảng

Với f liên tục trên [a;b], a<b, giá trị trung bình của f trên khoảng thời gian này là: $$f_{\mathrm{tb}}=\frac1{b-a}\int_a^b f(t)\,dt.$$ Ví dụ nhiệt độ T(t)=20+2t °C trong 0≤t≤3 giờ có tích phân 69 °C·giờ, nên nhiệt độ trung bình 69/3=23°C. Trung bình không có đơn vị tích lũy; ta đã chia cho độ dài khoảng.

Bài luyện 1

Bể có 20 lít, lưu lượng ròng q(t)=−2 lít/phút trong 3 phút. Còn bao nhiêu nước?
Chọn một đáp án

Bài luyện 2

v(t)=t−2 trên [0;4]. Tính quãng đường.
Chọn một đáp án

Bài luyện 3

Tốc độ chi phí C′(x)=2x+3, C(0)=5. Tìm C(2).
Chọn một đáp án

Hoàn thành cụm tích phân

Đọc đúng đại lượng và đơn vị: tích phân tốc độ thay đổi cho mức thay đổi, cộng lượng đầu để có lượng cuối. Quãng đường dùng |v|. Trong kho luyện, chọn dạng nguyên hàm, tích phân hoặc ứng dụng vừa học trước khi làm câu ghép nhiều bước.

Đang học