刷题-定积分

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π2π2exsin2x1+exdx.


注意到分母为:11+ax 的变形,考虑使用区间再现公式,我们暂时省略积分上下限符号:

I=12[f(x)+f(x)]dx=12[11+ex+11+ex]sin2xdx=12π2π2sin2xdx=π4
注意

注意联想到公式:
11+x+11+1x=1

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01ln(1x+x2)arcsinxdx


联想到公式:

arcsinx+arcsin1x2=π2,(0<x<1)

故而考虑使用区间再现公式:

I=12[f(x)+f(1x)]dx=12[ln(1x+x2)arcsinx+ln(1x+x2)arcsin1x]dx=π4ln(1x+x2)dx=π4[xln(1x+x2)2x2xx2x+1dx]=π4[xln(1x+x2)2xx1x2x+1dx]

接着再使用分部积分解有理函数积分即可得出答案,我们构造:

x1x2x+1=12[ln(x2x+1)]+1+12x2x+1x1x2x+1dx=12ln(x2x+1)121x2x+1dx

接下来我们就可以通过三角代换求出最终答案。

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ππxsinxarctanex1+cos2xdx


看到积分中的 arctanex,联想到公式 arctanx+arctan1x=π2,(x>0),又因为其余部分为偶函数,故而做区间再现:

I=12[f(x)+f(x)]dx=12[arctanex+arctanex]xsinx1+cos2xdx=π4ππxsinx1+cos2xdx=π20πxsinx1+cos2xdx

我们想要消去 x ,故而可以考虑再次使用区间再现公式:

I=π4[xsinx1+cos2x+(πx)sinx1+cos2x]dx=π240πsinx1+cos2xdx=π24

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02xex+e2xdx


注意到分母出现了 f(x)+f(a+bx) 的形式,又有分子为 x 这个矛盾因子,故而肯定是使用区间再现公式消去:

I=12[xex+e2x+2xex+e2x]dx=1ex+e2xdx=exe2x+e2dx=t=ex1e21t2+e2dx

于是答案就显而易见了。

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0πxsin3x1+cos2xdx


我们要消去 x ,并且注意到 sinx 关于 x=π2 对称,故而使用区间再现:

I=12[xsin3x1+cos2x+(πx)sin3x1+cos2x]dx=π2sin3x1+cos2xdx=π21cos2x1+cos2xdcosx

接下来答案就显而易见了。

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0nπxsinxdx


没有什么好的办法求出原函数(也可以考虑使用符号积分的方法),考虑使用区间再现:

I=12[xsinx+(nπx)sin(nπx)]dx=nπ2sinxdx=nπ22n=n2π

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0π2lnsinxdx


最开始的想法一定是分部积分:

I=xlnsinxxcosxsinxdx

但是问题是,我们无法消去 x,哪怕是通过区间再现。故而,我们可以直接考虑使用区间再现公式:

I=12[lnsinx+lnsin(π2x)]dx=12ln(12sin2x)dx=12ln12dx+12lnsin2xdx

现在就是要求 0π2lnsin2xdx。为了方便,我们设 t=2x,则有 0π2lnsin2xdx=120πlnsintdt。设 J=0πlnsinxdx,则我们可以通过分部积分进一步计算:

J=xlnsinx0πxcosxsinxdx

我们会发现分部积分还是没有效果,我们就要发掘,lnsinx 的其他性质,我们可以发现,lnsinx 关于 x=π2 对称,故而有:

0π2lnsinxdx=π2πlnsinxdxJ=2I

故而有:

I=πln24+12II=π2ln2

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I=0+arctanx3x2+1dx


注意到分母有 1+x2,故而使用倒代换:

I=120+[arctanx3x2+1+1x2x2arctan1x31+x2]dx=π40+11+x2dx=π28

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I=0+lnxx2+a2dx


很明显不能求原函数,又注意到分母为 1+x2 的变形,故而先将变换为 1+x2

I=0+lnx(xa)2+1dx=t=xaa0+lna+lntt2+1dx

故而有:

I=a0+lntt2+1dx+alnaπ2

然后我们再对 lntt2+1 进行倒代换:

I=a20+[lntt2+1+1t2t2ln(1t)1+t2]dx+alnaπ2=alnaπ2

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f(x) 为连续函数,a,b 为常数且 a2+b20,若 02πf(asinx+bcosx)dx=Aπ2π2f(a2+b2sinx)dx,求 A


很明显,我们需要将左式尝试变换到右式,需要使用和角公式进行变换:

f(asinx+bcosx)=f(a2+b2(aa2+b2sinx+ba2+b2cosx))

aa2+b2=cosθ,ba2+b2=sinθ,则有:

f(asinx+bcosx)=f(a2+b2sin(x+θ))

我们通过函数平移操作来统一被积函数的形式:

02πf(a2+b2sin(x+θ))dx=θ2π+θf(a2+b2sinx)dx

又由于被积函数的内层函数,周期为 2π,故而有:

θ2π+θf(a2+b2sinx)dx=02πf(a2+b2sinx)dx=π23π2f(a2+b2sinx)dx

可以发现我们只需要将区间分开,就可以得到原式:

π23π2f(a2+b2sinx)dx=π2π2f(a2+b2sinx)dx+π23π2f(a2+b2sinx)dx

根据 sinx 的图像可知,其在 x(π2,3π2) 上关于 x=π2 对称,所以右式两个积分实际上是相等的。故而有:

02πf(asinx+bcosx)dx=2π2π2f(a2+b2sinx)dx

故而,A=2

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已知 01dxπ2π2xf(siny)dy=1,求 02πf(cosx)dx


直接将这个二重积分解开,得到:

π2π2f(sinx)dx=2

我们尝试将待求积分表示为已知条件的形式,先将 cos 转化为 sin,由于 cos(π2x)=sinx,故而设 t=π2x

02πf(cosx)dx=3π2π2f(sinx)dx=3π2π2f(sinx)dx+π2π2f(sinx)dx

由于内层函数关于 x=π2 对称,故而右式两个积分相等,即:

02πf(cosx)dx=2π2π2f(sinx)dx=4

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f(x)=1xet2dt,求 01f(x)xdx


注意到, f(x) 的形式便于求积分,故而通过分部积分法,通过变上限积分的求导公式,得到 f(x)=ex2x,故而有:

01f(x)xdx=2xf(x)01012xex2xdx=ee

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y(x)=arctan(x1)2,且 y(0)=0,求 01y(x)dx


我们使用分部积分对被积函数进行降次:

01y(x)dx=xy(x)0101xy(x)dx=y(1)

发现,出现了 y(1) 这个无法求出的量,我们发现之所以消不去是因为,代入 1 的时候 x 不为 0 ,故而我们对分部积分法进行改造:

01y(x)dx=01y(x)d(x1)=(x1)y(x)0101(x1)y(x)dx

于是,我们就可以求出最终答案了:

01(x1)arctan(x1)2dx=u=(x1)21201arctanudu=12[xarctanx0101x1+x2dx]=14ln2

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已知 0π[f(x)+f(x)]sinxdx=5,且 f(π)=2,求 f(0)


先将两个未知函数形式分开:

I=0πf(x)sinxdx+0πf(x)sinxdx=5

利用表格积分法对积分 0πf(x)sinxdx

导数 sinx cosx sinx
积分 f(x) f(x) f(x)
可以得到:
0πf(x)sinxdx=sinxf(x)cosxf(x)0πf(x)sinxdx

从而得到:

I=0πf(x)sinxdx0πf(x)sinxdxcosxf(x)0πf(0)=3

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求曲线 y=exsinx(x>0) 与 x 轴之间的面积。(2019)


求面积就是求积分 0exsinxdx。我们根据 sinx 的正负进行分类讨论,从而对整个积分区间进行划分,这里我们为了划分方便,我们将 sinx 改写为 (1)ksinx,故而有:

I=k=0n(1)kkπ(k+1)πsinxexdxkπ(k+1)πsinxexdx=12[e(k+1)π+ekπ](1)k

由等比数列的累加和公式得:

k=0nekπ=11enπ1eπ,k=0ne(k+1)π=eπ1enπ1eπ

故而最后的答案就显而易见了。

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求函数 f(t)=11xte2xdx,(|t|1) 的最大值。


要想去掉绝对值,就要讨论 x,t 的大小关系,从而划分积分区间:

I=1t(tx)e2xdx+t1(xt)e2xdx

接下来可以利用表格积分法求各个被积函数的原函数:

I=e2t4(t+12+14)e2+e2t4(t12+14)e2f(t)=e2te2e2

由于该导函数是单调递增所以我们代入两个端点:

f(1)=e2e22<0f(1)=e2e22>0

因此 f(x) 必然形如 y=x2,故而最值必定在两个端点处,我们需要对比 f(1),f(1) 的大小:

f(1)=e25e24f(1)=3e2+e24f(1)>f(1)

从而最大值为 3e2+e24

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I=0lnnln2[2x]dx


[2x]=k,那么有 k2x<k+1lnkln2x<ln(k+1)ln2。从而,我们可以通过讨论 k,来进行区间划分:

I=k=1n1klnkln2ln(k+1)ln2dx=k=1n1kln(k+1)klnkln2

于是,我们可以通过凑差分,来求这个级数:

kln(k+1)klnk=[(k+1)ln(k+1)klnk]ln(k+1)I=1ln2nlnn1ln2lnn!

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已知 n=11n2=π26,求 01x{1x}dx


我们可以通过变换 {1x}=1x[1x] 转化为求取整函数的积分:

I=01x(1x[1x])dx=101x[1x]dx

[1x]=k,那么有 k1x<k+11k+1<x1k,从而可以将上述积分划分为:

I=limn(k=1n11k+11kkxdx)=limnk=1n1(k1k2k1(k+1)2)

我们使用差分的方法求这个级数:

k1k2(k+1)1(k+1)2+1(k+1)2I=limn(11n)+limnk=1n11(k+1)2=1+π261=π26