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高级数学 · 主题

面积与运动

当图形、符号和一个运动粒子的故事同时出现,积分题就变得更难。

本页内容
  1. 需要先具备哪些基础?
  2. 导入例题
  3. 应该按什么顺序学习?
  4. 哪些陷阱最容易让学生中招?
  5. 该怎么使用练习题?

本单元用积分回答两类问题:曲线与坐标轴之间有多大面积,以及粒子走了多远、最后在哪里。一个想法贯穿两者:定积分把带符号的小块加起来,所以你必须留意符号在哪里改变。

请查看 Cambridge 官网最新的 Additional Mathematics 0606 课程大纲,确认你所考年份的准确内容和计算器规定。我们的附加数学学习指南会显示本单元在整体中的位置。

需要先具备哪些基础?

你需要会对幂函数积分并计算定积分,这些内容在积分方法中。运动部分还需要切线、法线与变化率中的微分和变化率。能快速分解二次式,找根时可以节省时间。

导入例题

粒子速度为 v = t² − 4 m/s(0 ≤ t ≤ 3)。求位移和路程。

第 1 步,求 v = 0 的时刻: t² − 4 = 0,所以 t = 2(t = −2 在区间外)。

第 2 步,积分: s = t³/3 − 4t。

第 3 步,各值: s(0) = 0,s(2) = 8/3 − 8 = −16/3,s(3) = 9 − 12 = −3。

第 4 步,位移: s(3) − s(0) = −3 m。

第 5 步,路程: 0 到 2,粒子向后移动 16/3 m。2 到 3,它向前移动 −3 − (−16/3) = 7/3 m。总和 = 16/3 + 7/3 = 23/3 m。

这一题用到了求根、积分和符号检查。求曲线与 x 轴之间的面积也是同样的步骤,只是速度扮演了 y 的角色。

应该按什么顺序学习?

  1. 求曲线与坐标轴之间的面积:基本想法 F(上限) − F(下限),针对始终在轴上方的曲线。
  2. 面积符号改变时分段积分:为什么积分会抵消,以及如何在根处分段得到真实面积。
  3. 由速度计算位移:同样的积分,现在解读为位置的变化。
  4. 区分路程与位移:用分段的想法,在粒子折返时把两者区分开。
  5. 联系位置、速度与加速度:完整的链,一个方向微分,另一个方向积分,常数由条件确定。

然后做综合练习。每天一课,周末做练习,是稳当的节奏。

哪些陷阱最容易让学生中招?

  • 只代入上限,忘了减去下限。
  • 跨过根直接积分,正负两部分抵消,面积看起来偏小。
  • 题目问路程,却给出位移。
  • 速度是随 t 变化的公式时用了 s = vt。
  • 积分求速度或位置时漏了常数。
  • 加速度含有 t 时用了恒加速度公式。

每一课都会完整展示其中一个失误,再给出纠正。

该怎么使用练习题?

按顺序在纸上做完十二道题,把上下限和符号都写清楚。之后用练习题末尾的分类清单,把每个错误送到对应的那一课。

记下简短的错误类型。错题记录与重测队列可以保存它们,方便你一周后重测。

每一课都懂、碰到综合题却卡住的学生,往往需要有人看看他们是怎么起步的。这正是我们在一对一线上附加数学补习中做的事。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Additional Mathematics 0606 syllabus page

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