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数学
题目

5.求由曲线 =|ln x| 与直线 =0, =dfrac (1)(e), x=e 所围成的平面图形的面积.

.

题目解答

答案

由题意可得:令所围成平面图形面积为S;

则:

解析

考查要点:本题主要考查绝对值函数的积分以及分段函数的面积计算。关键在于将绝对值函数拆分为分段函数,并确定积分区间。

解题思路:

  1. 分析函数形状:曲线$y=|\ln x|$在$x=1$处分段,左侧为$y=-\ln x$,右侧为$y=\ln x$。
  2. 确定积分区间:由$x=\dfrac{1}{e}$到$x=e$,需在$x=1$处分段积分。
  3. 分段计算面积:分别计算$x \in \left[\dfrac{1}{e},1\right]$和$x \in [1,e]$的积分,再求和。

步骤1:拆分绝对值函数

  • 当$x \in \left[\dfrac{1}{e},1\right)$时,$\ln x < 0$,故$y = -\ln x$;
  • 当$x \in [1,e]$时,$\ln x \geq 0$,故$y = \ln x$。

步骤2:分段积分

总面积$S$为两部分积分之和:
$S = \int_{\dfrac{1}{e}}^{1} (-\ln x) \, dx + \int_{1}^{e} \ln x \, dx$

步骤3:计算第一部分积分

$\int_{\dfrac{1}{e}}^{1} (-\ln x) \, dx = \left[ -x \ln x + x \right]_{\dfrac{1}{e}}^{1}$

  • 代入上限$x=1$:
    $-1 \cdot \ln 1 + 1 = 0 + 1 = 1$
  • 代入下限$x=\dfrac{1}{e}$:
    $-\dfrac{1}{e} \cdot \ln \dfrac{1}{e} + \dfrac{1}{e} = -\dfrac{1}{e} \cdot (-1) + \dfrac{1}{e} = \dfrac{2}{e}$
  • 结果:
    $1 - \dfrac{2}{e}$

步骤4:计算第二部分积分

$\int_{1}^{e} \ln x \, dx = \left[ x \ln x - x \right]_{1}^{e}$

  • 代入上限$x=e$:
    $e \cdot \ln e - e = e \cdot 1 - e = 0$
  • 代入下限$x=1$:
    $1 \cdot \ln 1 - 1 = 0 - 1 = -1$
  • 结果:
    $0 - (-1) = 1$

步骤5:求和

总面积:
$S = \left(1 - \dfrac{2}{e}\right) + 1 = 2 - \dfrac{2}{e}$

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