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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2022 Jan Q3

A Level / Edexcel / P3

IAL 2022 Jan Paper · Question 3

题目

Problem

(i) Find, in simplest form,

(2x5)7dx\int(2x-5)^7\,\mathrm{d}x
(2)

(ii) Show, by algebraic integration, that

0π/34sinx1+2cosxdx=lna\int_0^{\pi/3}\frac{4\sin x}{1+2\cos x}\,\mathrm{d}x=\ln a

where aa is a rational constant to be found.

(4)
题目中文翻译

(i) 求

(2x5)7dx\int(2x-5)^7\,\mathrm{d}x

的最简形式。

(ii) 用代数积分证明

0π/34sinx1+2cosxdx=lna\int_0^{\pi/3}\frac{4\sin x}{1+2\cos x}\,\mathrm{d}x=\ln a

其中 aa 是需要求出的有理常数。

解答

(i)

解法一

思路

展开

把被积函数看成复合幂函数,使用反向链式法则;内函数 2x52x-5 的导数是 22,因此结果要再除以 22

答题过程

展开

Using the reverse chain rule,

(2x5)7dx=(2x5)816+c\int(2x-5)^7\,\mathrm{d}x =\frac{(2x-5)^8}{16}+c

Hence

(2x5)816+c\boxed{\frac{(2x-5)^8}{16}+c}

(ii)

解法一

思路

展开

分母 1+2cosx1+2\cos x 的导数与分子只相差常数倍,因此令 u=1+2cosxu=1+2\cos x,把积分化为对数积分,再代入上下限。

答题过程

展开

Let

u=1+2cosxu=1+2\cos x

Then

du=2sinxdx\mathrm{d}u=-2\sin x\,\mathrm{d}x

Therefore

4sinx1+2cosxdx=21udu=2lnu\int\frac{4\sin x}{1+2\cos x}\,\mathrm{d}x =-2\int\frac{1}{u}\,\mathrm{d}u =-2\ln u

Hence

0π/34sinx1+2cosxdx=[2ln(1+2cosx)]0π/3=2ln2+2ln3=ln(94)\begin{align*} &\,\int_0^{\pi/3} \frac{4\sin x}{1+2\cos x}\,\mathrm{d}x \\ =&\,\Big[-2\ln(1+2\cos x)\Big]_0^{\pi/3} \\ =&\,-2\ln 2+2\ln 3 \\ =&\,\ln\bigg(\frac94\bigg) \end{align*}

Thus

a=94\boxed{a=\frac94}