题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
(i) Determine
∫4x2+12x+251dx
(ii) Show that
∫39x2+4x−171dx=lna
where a is an integer to be determined.
(4)
(6)
题目中文翻译
在本题中,你必须写出所有解题步骤。
完全依赖计算器技术求解是不可以的。
(i) 求
∫4x2+12x+251dx
(ii) 证明
∫39x2+4x−171dx=lna
其中 a 为待确定的整数。
解答
(i)
解法一
思路
展开
先把二次式配成 (2x+3)2+42,再套用 ∫u2+a21du=a1arctanau+C。换元时要同时保留 du=2dx 带来的系数。
答题过程
展开
Completing the square,
4x2+12x+25=(2x+3)2+16.
Let u=2x+3, so du=2dx. Then
∫4x2+12x+251dx==21∫u2+421du81arctan(4u)+C.
Therefore,
81arctan(42x+3)+C.
(ii)
解法一
思路
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先配方得到 (x+2)2−21,再使用 ∫u2−a21du 的对数形式。由于积分区间内 x+2>21,根式及对数参数均为正;代入上下限后必须继续合并成单一对数。
答题过程
展开
Completing the square,
x2+4x−17=(x+2)2−21.
On 3⩽x⩽9, x+2>21. Hence
====∫39x2+4x−171dx[ln(x+2+(x+2)2−21)]39ln(11+121−21)−ln(5+25−21)ln21−ln7ln3.
Therefore,
a=3.
解法二
思路
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官方评分资料也允许双曲代换。令 x+2=21coshu 后,分母与 dx 中的 21sinhu 会约去,积分化成 ∫du;最后用反双曲余弦的对数定义化简。
答题过程
展开
Let
x+2=21coshu.
Since x+2>21 throughout the interval, take u>0. Then
dx=21sinhudu
and
(x+2)2−21=21sinhu.
The limits become
u=arcosh(215)
and
u=arcosh(2111).
Therefore,
==∫39x2+4x−171dx∫arcosh(5/21)arcosh(11/21)1duarcosh(2111)−arcosh(215).
Using
arcoshz=ln(z+z2−1),
this becomes
==ln(2111+10)−ln(215+2)ln(721)ln3.
Hence
a=3.