Mục lục bài họcĐang ở d06-b4
← AP Calculus AB
0/32 bài đã học xong
Chương 6 · Unit 6 — Integration and Accumulation of Change · Bài 4/4 của chương · bài 24/32 của AP Calculus AB

Properties of Definite Integrals and Accumulation Functions from a Graph

Tính chất tích phân xác định và hàm tích luỹ đọc từ đồ thị
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

Algebra of integrals

$$\int_a^b f=-\int_b^a f,\qquad \int_a^a f=0,\qquad \int_a^b f=\int_a^c f+\int_c^b f$$

Constants factor out and sums split, but there is no product rule: $\int fg\neq\int f\cdot\int g$. For even $f$, $\displaystyle\int_{-a}^{a}f=2\int_0^a f$; for odd $f$ it is $0$. Given $\int_0^3 f=5$ and $\int_0^7 f=2$, splitting gives $\int_3^7 f=-3$.

Accumulation functions from a graph

The signature AB free-response: the graph of $f$ is drawn from line segments and semicircles, and $g(x)=\displaystyle\int_{a}^{x}f(t)\,dt$. Then:

  • $g(x)$ is the signed area from $a$ to $x$ — triangles $\frac12bh$, semicircles $\frac{\pi r^2}{2}$, negative below the axis; and $g(a)=0$.
  • $g'(x)=f(x)$: $g$ increases where $f\gt0$, and $g$ has a local maximum where $f$ changes from positive to negative.
  • $g''(x)=f'(x)$ is the slope of the drawn graph: $g$ is concave up where $f$ is increasing, and $g$ has an inflection point where $f$ has a local extremum.

Worked example: $f(t)=2t$ on $[0,3]$, then $f(t)=6$ on $[3,5]$, with $g(x)=\displaystyle\int_0^x f(t)\,dt$. Then $g(3)=\frac12\cdot3\cdot6=9$, $g(5)=9+6\cdot2=21$, $g'(4)=f(4)=6$, and $g''(2)=f'(2)=2\gt0$, so $g$ is concave up at $x=2$. Every answer is read off the picture.

Giải thích tiếng Việt

Tính chất: đảo cận thì đổi dấu; cận trùng thì bằng $0$; tách đoạn $\int_a^b=\int_a^c+\int_c^b$; hằng số đưa ra ngoài — nhưng không có quy tắc tích. Hàm chẵn: $\int_{-a}^a f=2\int_0^a f$; hàm lẻ: bằng $0$. Cho $\int_0^3 f=5$, $\int_0^7 f=2$ thì $\int_3^7 f=-3$.

Hàm tích luỹ từ đồ thị là câu tự luận đặc trưng của AB: vẽ $f$ bằng đoạn thẳng và nửa đường tròn, đặt $g(x)=\int_a^x f(t)\,dt$. Ba lớp đọc:

  • $g(x)$ = diện tích có dấu từ $a$ tới $x$: tam giác $\frac12bh$, nửa tròn $\frac{\pi r^2}{2}$, dưới trục là âm; $g(a)=0$.
  • $g'=f$: $g$ tăng nơi $f\gt0$; $g$ cực đại nơi $f$ đổi từ dương sang âm.
  • $g''=f'$ = hệ số góc của đồ thị đã vẽ: $g$ lõm lên nơi $f$ tăng; điểm uốn của $g$ nơi $f$ có cực trị.

Ví dụ $f(t)=2t$ trên $[0,3]$ rồi $f=6$ trên $[3,5]$: $g(3)=9$ (tam giác), $g(5)=9+12=21$, $g'(4)=f(4)=6$, $g''(2)=f'(2)=2\gt0$ ⇒ lõm lên.

t y = f(t) 3 5 4 6 ½·3·6 = 9 6·2 = 12 f tăng ⇒ g lõm lên f không đổi ⇒ g thẳng g(5) = ∫₀⁵ f = 9 + 12 = 21 ; g′(4) = f(4) = 6
Đây là đồ thị của $f$, còn câu hỏi là về $g(x)=\int_0^x f(t)\,dt$. Giá trị của $g$ là diện tích cộng dồn từ $0$ tới $x$: tam giác xanh lá cho $g(3)=9$, cộng hình chữ nhật xanh dương cho $g(5)=21$. Đạo hàm của $g$ chính là chiều cao của đồ thị: $g'(4)=f(4)=6$. Còn độ lồi lõm của $g$ đọc ở độ dốc của đường đỏ: đoạn đi lên ⇒ $g$ lõm lên; đoạn nằm ngang ⇒ $g$ là đường thẳng (không lồi lõm). Nếu đề vẽ thêm một phần dưới trục hoành, diện tích đó phải trừ đi.
Ví dụ — hàm tích luỹ từ một đoạn thẳng

Cho $f(t)=4-2t$ trên $[0,4]$ (đoạn thẳng từ $(0,4)$ xuống $(4,-4)$) và $g(x)=\displaystyle\int_0^x f(t)\,dt$. (a) Tính $g(2)$ và $g(4)$. (b) $g$ tăng trên khoảng nào? Giải thích. (c) Tìm GTLN và GTNN của $g$ trên $[0,4]$. (d) $g$ có điểm uốn không?

Giải.

(a) Tam giác trên trục, đáy $2$ cao $4$: $g(2)=\frac12\cdot2\cdot4=4$. Từ $2$ đến $4$ đồ thị nằm dưới trục, tam giác cùng cỡ tính âm: $g(4)=4-4=0$.

(b) $g'(x)=f(x)=4-2x\gt0$ khi $x\lt2$. Since $g'(x)=f(x)\gt0$ on $(0,2)$, $g$ is increasing on $[0,2]$.

(c) Since $g'=f$ changes from positive to negative at $x=2$, $g$ has a local maximum there; ứng viên $g(0)=0$, $g(2)=4$, $g(4)=0$ ⇒ GTLN $4$ tại $x=2$, GTNN $0$ tại $x=0$ và $x=4$.

(d) $g''(x)=f'(x)=-2\lt0$ trên cả đoạn: $g$ lõm xuống khắp nơi, không có điểm uốn. “Điểm uốn tại $x=2$” là câu sai hay gặp — đó là chỗ $f$ cắt trục (cực đại của $g$), không phải chỗ $f$ đổi chiều.

Bẫy hay mất điểm —

Một: nhầm $g(x)$ với $f(x)$ — $g(3)$ là diện tích từ cận dưới tới $3$, không phải chiều cao đồ thị tại $3$; còn $g'(3)$ mới bằng $f(3)$. Hai: quên phần dưới trục hoành là âm, cộng hết diện tích lại — đây là lỗi làm sai cả $g(x)$ lẫn vị trí cực đại. Ba: $g(a)$ với $a$ là cận dưới luôn bằng $0$, không phải $f(a)$. Bốn: tách $\int_0^3 f$ và $\int_0^7 f$ mà quên đổi dấu khi lật cận: $\int_7^3 f=-\int_3^7 f$.

Phải nhớ —

Tách đoạn, lật cận đổi dấu, không có quy tắc tích. Hàm tích luỹ $g=\int_a^x f$ đọc ba lớp từ đồ thị $f$: giá trị = diện tích có dấu, $g'=f$ = chiều cao, $g''=f'$ = độ dốc. Cực trị của $g$ ở chỗ $f$ đổi dấu; điểm uốn của $g$ ở chỗ $f$ đổi chiều.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 6 — Integration and Accumulation of Change gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →