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问题解决(2):使用Excel计算曲线下面积

(2013-04-02 16:44:58)
标签:

excel

曲线积分

分类: 问题解决

定积分的几何意义就是求曲线下面积,在Excel中可以:

① 使用Excel的图表将离散点用XY散点图绘出;

② 使用Excel的趋势线将离散点所在的近似拟合曲线绘出;

③ 利用Excel的趋势线将近似拟合曲线公式推出;

④ 使用微积分中的不定积分求出原函数(这一步Excel无法替代);

⑤ 使用Excel的表格和公式计算定积分值。

例1:由表1一组数据,绘得图1.求图1曲线下面积(紫色部分):

 

表1http://s13/mw690/69cfa2254d95ff60be75c&690

 

图1http://s10/mw690/69cfa2254d95ff8450d99&690

其实,此例的关键就是求出曲线的公式,为此,就要将表1数据绘成散点图,并据此绘出趋势线、求得趋势线方程,从而可以使用定积分求解。

【步骤 1】:选择表1数据单元, 进入【图表向导-4 步骤之 1-图表类型】对话框,选择“X Y散点图”,在“下一步”取消图例,完成后得到XY散点图,如图2。

 

图2http://s13/mw690/69cfa2254d95ffa2d457c&690

【步骤 2】:选择散点图中数据点,右键选择“添加趋势线”,如图3:

 

图3http://s7/mw690/69cfa2254d9600122c8e6&690

【步骤 3】:在【添加趋势线】对话框中,切换到“类型”选项卡,在“趋势预测/回归分析类型”中,可以根据题意及定积分计算方便,选择“多项式”,“阶数”可调节为2(视曲线与点拟合程度调节),如图4:

 

图4http://s12/mw690/69cfa22507c233391192b&690

对于了解趋势预测和回归分析曲线类型的特征,如何更好选择以便更好拟合数据点,可参见【附录2】。

【步骤 4】:切换到“选项”选项卡,选中“显示公式”复选框,“设置截距=0”视情况也可选中,如图5。显示R平方值,也可以选中,以便观察曲线拟合程度,R平方越接近于1,拟合程度越高,本例R平方的值为1,即完全拟合,是最佳趋势线。确定后,如图6,其中的公式,就是通过回归求得的拟合曲线的方程。

 

图5http://s12/mw690/69cfa2254d9600e3f16bb&690

图6http://s5/mw690/69cfa22507c23349fce14&690
【步骤 5】:用不定积分求曲线方程的原函数(x):

http://s14/mw690/69cfa2254d96014f1145d&690

【步骤 6】:利用Excel表格和公式的拖曳,求原函数值:如在下面表2中,选中单元格C2,在上方编辑栏中键入等号插入公式“=0.33*A2^3+0.005*A2^2”,回车确定后,用鼠标放置到C2的右下角,出现“+”时,从C2拖到C12,求得原函数值,即求得F(0)、F(0.1)、F(0.2)、……、F(1.0) 。【注意:单元格C1中的公式只是C列的标题,具体的计算必须引用单元格。】

 

表2http://s10/mw690/69cfa2254d9601e6cfcf9&690

【步骤 7】:求[0,1]区间曲线下面积,从表2中可知

http://s1/mw690/69cfa2254d9601814b770&690

 

=F(1)-F(0)

=0.335

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