题目
Problem
7.
Using calculus, find the exact values of
(i)
∫12x2−4x+51dx
(3)
(ii)
∫33x2x2−3dx.
(5)
题目中文翻译
利用微积分求下列各积分的精确值:
(i)
∫12x2−4x+51dx
(3)
(ii)
∫33x2x2−3dx
(5)
解答
(i)
解法一
思路
展开
先对分母完成平方,化为 1+(x−2)2,再使用反正切的标准积分并代入上下限。
答题过程
展开
Complete the square:
x2−4x+5=(x−2)2+1.
Therefore
∫12x2−4x+51dx===[arctan(x−2)]12arctan0−arctan(−1)4π.
(ii)
解法一
思路
展开
选择分部积分,让 x−2 积分成 −x−1。所得余项正好化为 ∫1/x2−3dx,可写成反双曲余弦或对数形式。
答题过程
展开
Let
u=x2−3,dv=x21dx.
Then
du=x2−3xdx,v=−x1.
Hence
∫x2x2−3dx==−xx2−3+∫x2−31dx−xx2−3+arcosh(3x).
Therefore
===∫33x2x2−3dx[−xx2−3+arcosh(3x)]33−36+arcosh3ln(3+2)−36.
解法二
思路
展开
令 x=3coshu。根号、微分和分母约去后变成 tanh2u,再用 tanh2u=1−sech2u 积分。
答题过程
展开
Let
x=3coshu.
Then
x2−3=3sinhu,dx=3sinhudu.
The limits become
x=3⇒u=0,x=3⇒u=arcosh3.
Thus
======∫33x2x2−3dx∫0arcosh33cosh2u(3sinhu)(3sinhu)du∫0arcosh3tanh2udu∫0arcosh3(1−sech2u)du[u−tanhu]0arcosh3arcosh3−36ln(3+2)−36.
解法三
思路
展开
令 x=3secu,使根号化为 3tanu。换元后用 tan2u=sec2u−1,把被积式拆成 secu−cosu,即可使用标准积分。
答题过程
展开
Let x=3secu, with 0≤u<π/2. Then
x2−3=3tanu,dx=3secutanudu.
When x=3, u=0. When x=3, u=α, where
secα=3,tanα=2,sinα=36.
Therefore
======∫33x2x2−3dx∫0α3sec2u(3tanu)(3secutanu)du∫0αsecutan2udu∫0α(secu−cosu)du[ln(secu+tanu)−sinu]0αln(3+2)−36−(ln1−0)ln(3+2)−36.