题目
Problem
Use algebraic integration and the substitution u=x to find the exact value of
∫145x+2xx10dx
Write your answer in the form 4ln(ba), where a and b are integers to be found.
(Solutions relying entirely on calculator technology are not acceptable.)
(8)
题目中文翻译
使用代数积分,并令 u=x,求下式的精确值:
∫145x+2xx10dx
将答案写成 4ln(ba) 的形式,其中 a,b 为待求整数。
(完全依赖计算器技术的解法不接受。)
(8)
解答
解法一
思路
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按题意令 u=x,把 x、dx 和积分上下限全部改写为 u。所得有理式可拆成两个简单分式,积分后代入新上下限,再用对数运算法则整理成指定形式。
答题过程
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Let
u=x.
Then x=u2 and dx=2udu. The limits become
x=1⇒u=1,x=4⇒u=2.
Therefore,
I=∫145x+2xx10dx.
Then
I==∫125u2+2u310(2u)du∫12u(5+2u)20du.
Using partial fractions,
write
=u(5+2u)20uA+5+2uB.
Multiplying by u(5+2u) gives
20=A(5+2u)+Bu.
Setting u=0 gives 20=5A, so A=4. Comparing the coefficients of u then gives
2A+B=B=0,−2(4)=−8.
Thus,
u(5+2u)20=−u45+2u8.
Hence,
I===[4lnu−4ln(5+2u)]124ln2−4ln9+4ln74ln(914).
Thus a=14 and b=9.
解法二
思路
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仍按题意令 u=x,使用解法一求出的部分分式,但先求不定积分,再把 u 换回 x。最后代入原来的上下限 x=1,4,同样能得到所需的精确值。
答题过程
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With u=x, we have x=u2 and dx=2udu. Using the partial fractions found in the first method,
===∫5x+2xx10dx∫u4du−∫5+2u8du4lnu−4ln(5+2u)+C4lnx−4ln(5+2x)+C.
We now apply the original limits x=1 and x=4:
I=====[4lnx−4ln(5+2x)]14(4ln2−4ln9)−(4ln1−4ln7)4ln2−4ln9+4ln74ln(92×7)4ln(914).
Hence a=14 and b=9.