题目
Problem
Let f(x)=(2a+x)(2a−x)(5a−2x)36a2, where a is a positive constant.
(a) Express f(x) in partial fractions.
(5)
(b) Hence find the exact value of ∫−aaf(x)dx, giving your answer in the form plnq+rlns where p and r are integers and q and s are prime numbers.
(5)
题目中文翻译
设 f(x)=(2a+x)(2a−x)(5a−2x)36a2,其中 a 为正常数。
(a) 将 f(x) 表示为部分分式。
(5)
(b) 由此求 ∫−aaf(x)dx 的精确值,将答案表示为 plnq+rlns 的形式,其中 p 和 r 为整数,q 和 s 为质数。
(5)
原卷通用作答要求
Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.
You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.
Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.
请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。
解答
(a)
解法一
思路
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分母有三个不同的一次因子,设三个常数分式。清分母后分别代入使一个因子为零的值,利用 a>0 求系数。
答题过程
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Write
f(x)=2a+xA+2a−xB+5a−2xC.
Clearing denominators,
36a2=A(2a−x)(5a−2x)+B(2a+x)(5a−2x)+C(2a+x)(2a−x).
At x=−2a,
36a2=A(4a)(9a),A=1.
At x=2a,
36a2=B(4a)(a),B=9.
At x=5a/2,
36a2=C(29a)(−2a),C=−16.
Therefore
f(x)=2a+x1+2a−x9−5a−2x16.
(b)
解法一
思路
展开
利用(a)逐项积分,注意分母导数的负号及系数。由于 a>0,在积分区间三个对数的真数都为正;代入端点后参数 a 应相消。
答题过程
展开
For −a≤x≤a and a>0, all three linear factors are positive. Since the derivatives of 2a−x and 5a−2x are −1 and −2, the last two integral coefficients are −9 and (−16)/(−2)=8. Thus
I=====[ln(2a+x)−9ln(2a−x)+8ln(5a−2x)]−aa[ln(3a)−9lna+8ln(3a)]−[lna−9ln(3a)+8ln(7a)]18ln(3a)−10lna−8ln(7a)18(ln3+lna)−10lna−8(ln7+lna)18ln3−8ln7.