题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying on calculator technology are not acceptable.
Figure 2 shows a sketch of the curve with equation
y=(3+4sinx)216sin2x0≤x≤2π
The region R, shown shaded in Figure 2, is bounded by the curve, the x-axis and the line with equation x=6π
Using the substitution u=3+4sinx, show that the area of R can be written in the form a+lnb, where a and b are rational constants to be found.
(7)
题目中文翻译
本题你必须写出所有计算步骤。
不接受依赖计算器技术的解法。
图 2 给出了曲线的草图,其方程为
y=(3+4sinx)216sin2x0≤x≤2π
图 2 中阴影部分所示区域 R 由该曲线、x 轴以及直线 x=6π 围成。
使用代换 u=3+4sinx,证明区域 R 的面积可写成 a+lnb 的形式,其中 a,b 为待求有理常数。
(7)
解答
解法一
思路
展开
区域位于 x=6π 与曲线在 x=2π 的零点之间。先用 sin2x=2sinxcosx 整理被积函数,再作题目指定的代换 u=3+4sinx,同时把上下限由 x 转换为 u。
答题过程
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The required area is
A=∫π/6π/2(3+4sinx)216sin2xdx.
Using sin2x=2sinxcosx,
A=∫π/6π/2(3+4sinx)232sinxcosxdx.
Let
u=3+4sinx.
Then
du=4cosxdx
and
sinx=4u−3.
The limits become
x6π2πu=3+4sinx57
Therefore,
=======A∫57u232(4u−3)⋅41du∫57u22(u−3)du∫57(u2−u26)du[2lnu+u6]572ln7+76−2ln5−562ln(57)−3512−3512+ln(2549).
Thus the area has the required form a+lnb, where
a=−3512,b=2549.
也可以把原函数换回 x,再使用原来的上下限。
Writing the antiderivative in terms of x gives
F(x)=2ln(3+4sinx)+3+4sinx6.
Hence,
==A=F(2π)−F(6π)2ln7+76−(2ln5+56)−3512+ln(2549).
解法二
思路
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仍先作题目指定的换元。得到 ∫57(2u−6)u−2du 后,不拆分被积函数,而是用分部积分:对 2u−6 求导、对 u−2 积分,剩下的积分就是对数。
答题过程
展开
Using u=3+4sinx as in the first solution gives
A=∫57(2u−6)u−2du.
For integration by parts, take
p=dv=dudp=v=2u−6,u−2du,2,−u1.
Then,
===A=[−u2u−6]57−∫57(−u1)2du[−u2u−6+2lnu]57−78+54+2ln7−2ln5−3512+ln(2549).
Thus a=−3512 and b=2549.