Trong hệ trục tọa độ \(Oxy\), cho parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) và hai đường thẳng \(y = a\), \(y = b\) \(\left( {0 < a < b} \right)\) (hình vẽ). Gọi \({S_1}\) là diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right)\) và đường thẳng \(y = a\) (phần tô đen); \(\left( {{S_2}} \right)\) là diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right),\) đường thẳng $y=a$ và đường thẳng \(y = b\) (phần gạch chéo). Với điều kiện nào sau đây của \(a\) và \(b\) thì \({S_1} = {S_2}\)?
Trả lời bởi giáo viên
Phương trình hoành độ giao điểm của parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) với đường thẳng \(y = b\) là
\({x^2} = b \Leftrightarrow x = \pm \sqrt b \).
Phương trình hoành độ giao điểm của parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) với đường thẳng \(y = a\) là
\({x^2} = a \Leftrightarrow x = \pm \sqrt a \).
Diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) và đường thẳng \(y = b\) là
$S = 2\int\limits_0^{\sqrt b } {\left( {b - {x^2}} \right){\mathop{\rm d}\nolimits} x} $$ = \left. {2\left( {bx - \dfrac{{{x^3}}}{3}} \right)} \right|_0^{\sqrt b }$$ = 2\left( {b\sqrt b - \dfrac{{b\sqrt b }}{3}} \right)$$ = \dfrac{{4b\sqrt b }}{3}$.
Diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) và đường thẳng \(y = a\)(phần tô màu đen) là ${S_1} = 2\int\limits_0^{\sqrt a } {\left( {a - {x^2}} \right){\mathop{\rm d}\nolimits} x} $$ = \left. {2\left( {ax - \dfrac{{{x^3}}}{3}} \right)} \right|_0^{\sqrt a }$$ = 2\left( {a\sqrt a - \dfrac{{a\sqrt a }}{3}} \right)$$ = \dfrac{{4a\sqrt a }}{3}$.
Do đó \(S = 2{S_1}\)\( \Leftrightarrow \dfrac{{4b\sqrt b }}{3} = 2.\dfrac{{4a\sqrt a }}{3}\)\( \Leftrightarrow {\left( {\sqrt b } \right)^3} = 2{\left( {\sqrt a } \right)^3}\)\( \Leftrightarrow \sqrt b = \sqrt[3]{2}\sqrt a \)\( \Leftrightarrow b = \sqrt[3]{4}a\).
Hướng dẫn giải:
- Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) và đường thẳng \(y = b\)
- Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi parabol \(\left( P \right):y = {x^2}\) và đường thẳng \(y = a\)(phần tô màu đen)
- Tìm \(a,b\) dựa vào điều kiện \(S = 2{S_1}\)