题目
Problem
(i) Using a suitable substitution, find, using calculus, the value of
∫152x−13xdx
(Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.)
(6)
(ii) Find
∫(x+1)(2x−3)6x2−16dx
(6)
题目中文翻译
(i) 采用适当的代换,使用微积分求
∫152x−13xdx
(完全依赖计算器技术的解法不接受。)
(6)
(ii) 求
∫(x+1)(2x−3)6x2−16dx
(6)
解答
(i)
解法一
思路
展开
令 u=2x−1,这样根式本身直接变为 u,而 x 与 dx 也都能改写成 u。定积分换元时同时更换上下限,所得被积函数只是关于 u 的多项式。
答题过程
展开
Let
u=2x−1.
Then
u2=x=dx=2x−1,2u2+1,udu.
The limits become
x=1⇒x=5⇒u=1,u=3.
Therefore,
I=∫152x−13xdx.
Then
I=====∫132u3(u2+1)(udu)23∫13(u2+1)du[21u3+23u]13(18)−(2)16.
解法二
思路
展开
也可直接令 u=2x−1。此时根式变为 u1/2,而 x=2u+1;展开后得到两个幂函数,逐项积分即可。
答题过程
展开
Let
u=2x−1.
Then
x=dx=2u+1,21du.
The limits are u=1 when x=1, and u=9 when x=5. Hence,
I=∫152x−13xdx.
Therefore,
====I43∫19(u1/2+u−1/2)du[21u3/2+23u1/2]19(18)−(2)16.
(ii)
解法一
思路
展开
分子与分母同为二次式,可以先作多项式除法,再把余下的真分式作部分分式分解。积分时注意 2x−3 的导数是 2,因此对应的对数项会带有系数 21。
答题过程
展开
Since
=(x+1)(2x−3)2x2−x−3,
polynomial division gives
=F(x)(x+1)(2x−3)6x2−16.
Then
=F(x)3+(x+1)(2x−3)3x−7.
For the remaining fraction, write
=+(x+1)(2x−3)3x−7x+1A2x−3B.
Thus
=3x−7A(2x−3)+B(x+1).
Setting x=−1 gives A=2, and setting x=23 gives B=−1. Therefore,
F(x)=−3+x+122x−31.
Hence,
=+−=∫F(x)dx∫3dx2∫x+11dx∫2x−31dx3x+2ln∣x+1∣−21ln∣2x−3∣+c.
解法二
思路
展开
也可以直接把原分式设为一个常数加两个真分式,不必先做除法。通分后比较二次项系数,求出常数项;再代入使某个因子为零的 x 值,分别求出另外两个系数。最后逐项积分,注意线性因子 2x−3 带来的系数 21,并保留积分常数。
答题过程
展开
Write
=(x+1)(2x−3)6x2−16A+x+1B+2x−3C.
Multiplying by (x+1)(2x−3) gives the identity
=6x2−16A(x+1)(2x−3)+B(2x−3)+C(x+1).
Comparing the coefficients of x2,
6=A=2A,3.
Setting x=−1 in the identity,
−10=B=−5B,2.
Setting x=23,
−25=C=25C,−1.
Therefore,
=(x+1)(2x−3)6x2−163+x+12−2x−31.
Integrating term by term,
==∫(x+1)(2x−3)6x2−16dx3∫dx+2∫x+11dx−∫2x−31dx3x+2ln∣x+1∣−21ln∣2x−3∣+c.