kaoyan1basic 高等数学 第205题

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## 第205题 (高等数学 - 选择题) 曲线 $\displaystyle y=\cos x\left(x \in\left[0, \frac{\pi}{2}\right]\right)$ 与 $x$ 轴,$y$ 轴所围面积被曲线 $y=a \sin x$ 等分,则 $a=$ (A)$\displaystyle \frac{2}{5}$ . (B)$\displaystyle \frac{3}{5}$ . (C)$\displaystyle \frac{3}{4}$ . (D)$\displaystyle \frac{1}{2}$ .

💡 答案解析

**答案**:D **解析**: 步骤1:曲线$y=\cos x$与坐标轴围成面积$S=\int_{0}^{\pi/2}\cos x dx = 1$。 步骤2:设$y=a\sin x$与$y=\cos x$的交点横坐标$x_0$满足$a\sin x_0=\cos x_0$,即$\tan x_0=1/a$。 步骤3:$y=a\sin x$将面积等分,即$\displaystyle \int_{0}^{x_0}(\cos x - a\sin x)dx = \frac{1}{2}$。计算得$\displaystyle \sin x_0 + a\cos x_0 - a = \frac{1}{2}$。 步骤4:由$\tan x_0=1/a$,得$\displaystyle \sin x_0=\frac{1}{\sqrt{1+a^2}}$,$\displaystyle \cos x_0=\frac{a}{\sqrt{1+a^2}}$,代入得$\displaystyle \frac{1}{\sqrt{1+a^2}} + \frac{a^2}{\sqrt{1+a^2}} - a = \frac{1}{2}$,即$\displaystyle \sqrt{1+a^2} - a = \frac{1}{2}$,解得$\displaystyle a=\frac{3}{4}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:计算曲线 y=cos x 与坐标轴围成的面积 S
曲线 y=cos x 在区间 [0, π/2] 上与 x 轴、y 轴围成的面积为 S = ∫_{0}^{π/2} cos x dx = sin x|_{0}^{π/2} = 1。
公式:S = ∫_{0}^{π/2} cos x dx = 1
提示:注意积分上下限,cos x 的原函数是 sin x。
步骤 2/4
目标:求曲线 y=a sin x 与 y=cos x 的交点横坐标 x0
由 a sin x0 = cos x0 得 tan x0 = 1/a,所以 x0 = arctan(1/a)。
公式:a sin x0 = cos x0 ⇒ tan x0 = 1/a
提示:交点满足两函数值相等。
步骤 3/4
目标:利用面积等分条件建立方程
y=a sin x 将面积等分,即曲线 y=cos x 与 y=a sin x 在 [0, x0] 上围成的面积等于总面积的一半 1/2。该面积为 ∫_{0}^{x0} (cos x - a sin x) dx = (sin x + a cos x)|_{0}^{x0} = sin x0 + a cos x0 - a。令其等于 1/2,得 sin x0 + a cos x0 - a = 1/2。
公式:∫_{0}^{x0} (cos x - a sin x) dx = sin x0 + a cos x0 - a = 1/2
提示:注意积分结果要减去下限处的值。
步骤 4/4
目标:利用三角恒等式求解 a
由 tan x0 = 1/a,可得 sin x0 = 1/√(1+a^2),cos x0 = a/√(1+a^2)。代入方程得 1/√(1+a^2) + a^2/√(1+a^2) - a = 1/2,即 √(1+a^2) - a = 1/2。移项平方得 1+a^2 = (a+1/2)^2,展开得 1+a^2 = a^2 + a + 1/4,解得 a = 3/4。
公式:√(1+a^2) - a = 1/2 ⇒ a = 3/4
提示:注意平方后要检验解的有效性,a=3/4 满足条件。

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