Пример 1. Вычислить площадь, ограниченную следующими линиями:
1) параболой
и прямой
;
2) параболами
и
;
3) кубическими параболами
и
;
4) эллипсом
;
5) кардиоидой
;
6) окружностями
и
.
Решение. 1) Совместно решая данные уравнения, определим две точки пересечения линий, ограничивающих искомую площадь,
.

Рис. 90
Построив эти точки и проходящие через них данные линии, рис. 90, видим, что искомая площадь
равна разности площадей
и
. Площадь
согласно формуле

выражается интегралом

Площадь
трапеции
равна произведению полусуммы ее оснований на высоту:
Следовательно, искомая площадь

Если за единицу длины принят дециметр, то
кв. дм.
Рис. 91
2) Определив точки пересечения парабол
и
и построив эти точки и параболы, рис. 91, видим, что искомую площадь
можно найти как алгебраическую сумму площадей криволинейных трапеций:
.


Площадь
расположена под осью
, поэтому, чтобы получить ее величину с положительным знаком, пределы интегрирования взяты справа налево.
Следовательно,

Площадь
можно найти иначе, определив ее дифференциал
как площадь прямоугольника, у которого высота есть разность ординат данных парабол, а основание
, рис. 91:

Отсюда


Рис. 92
3) Находим три точки пересечения данных парабол:
, затем строим эти точки и параболы, рис. 92.
Искомая площадь
состоит из двух одинаковых частей; половину ее можно найти как разность площадей криволинейных трапеций
и
, прилежащих к оси
. Согласно формуле

имеем




Рис. 93
4) Оси координат совпадают с осями симметрии данного эллипса (рис. 93), и поэтому они делят его на четыре одинаковые части. Четвертую часть искомой площади
, расположенную в первом квадранте, найдем как площадь криволинейной трапеции, прилежащей к оси
:

Пользуясь данными параметрическими уравнениями эллипса, преобразуем интеграл к переменной
:
когда
, то
когда
, то
;
Отсюда при
получается формула для площади круга: 

Рис. 94
5) Кардиоида симметрична относительно полярной оси (рис. 94). Поэтому искомая площадь равна удвоенной площади
криволинейного сектора
. Дуга
описывается концом полярного радиуса
при изменении полярного угла
от 0 до
. Поэтому согласно формуле

![S=2\cdot \frac{1}{2}\int_{0}^{\pi }\rho ^{2}d\varphi =a^{2}\int_{0}^{\pi}(1+\cos \varphi)^{2}d\varphi =a^{2}\int_{0}^{\pi}(1+2\cos \varphi +\cos ^{2}\varphi )d\varphi =a^{2}\left [ \int d\varphi +2\int \cos \varphi d\varphi +\frac{1}{2}\int (1+\cos 2\varphi )d\varphi \right ]\left.\begin{matrix} \\ \\ \end{matrix}\right| _{0}^{\pi}=\frac{3}{2}\pi a^{2}.](https://math-helper.ru/wp-content/plugins/latex/cache/tex_65382713432adf49a0266ac38a08c5c7.gif)

Рис. 95
6) Решив совместно данные уравнения, найдем точку пересечения окружностей
. Построив окружности, рис. 95, видим, что искомая площадь
равна сумме площадей криволинейных секторов
и
.
Дуга
описывается концом полярного радиуса
большей окружности при изменении полярного угла
от
до
, поэтому

Дуга
описывается концом полярного радиуса
меньшей окружности при изменении полярного угла от 0 до
, поэтому
Следовательно,


