题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.
In=∫16xn(3x−2)−1/2dxn≥0
(a) Show that, for n≥1
(3+6n)In=4nIn−1+8⋅6n−2
(b) Use the reduction formula in part (a) to determine the exact value of
∫16x3(3x−2)−1/2dx
(5)
(4)
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。
In=∫16xn(3x−2)−1/2dxn≥0
(a) 证明,当 n≥1 时
(3+6n)In=4nIn−1+8⋅6n−2
(b) 利用 (a) 的递推公式求
∫16x3(3x−2)−1/2dx
的准确值。
解答
(a)
解法一
思路
展开
对 In 分部积分,令 u=xn,并把 (3x−2)−1/2 积分为 32(3x−2)1/2。余下的根式改写成 (3x−2)(3x−2)−1/2,便能拆出 3In−2In−1;最后计算边界项并整理。
答题过程
展开
Using integration by parts, let
u=xn
and
dv=(3x−2)−1/2dx.
Then
du=nxn−1dx
and
v=32(3x−2)1/2.
Therefore,
In=[32xn(3x−2)1/2]16−32n∫16xn−1(3x−2)1/2dx.
Now
(3x−2)1/2=(3x−2)(3x−2)−1/2,
so
==∫16xn−1(3x−2)1/2dx∫16xn−1(3x−2)×(3x−2)−1/2dx3In−2In−1.
Also,
[32xn(3x−2)1/2]16==32(4⋅6n−1)386n−32.
Hence
In=3In=386n−32−32n(3In−2In−1),8⋅6n−2−6nIn+4nIn−1.
Therefore,
(3+6n)In=4nIn−1+8⋅6n−2,
as required.
(b)
解法一
思路
展开
所求积分就是 I3。先直接求 I0,再在 (a) 的递推式中依次令 n=1,2,3,逐级算出 I1,I2,I3;全程保留精确分数。
答题过程
展开
First,
I0====∫16(3x−2)−1/2dx[32(3x−2)1/2]1632(4−1)2.
Using the reduction formula with n=1,
9I1===4I0+8⋅6−24(2)+48−254,
so I1=6.
With n=2,
15I2===8I1+8⋅62−28(6)+288−2334,
so
I2=15334.
Finally, with n=3,
21I3===12I2+8⋅63−212(15334)+1728−259966.
Therefore,
I3=353322.