题目
Problem
In this question you must show all stages of your working.
Solutions relying on calculator technology are not acceptable.
(a) Use the substitution x=2sinu to show that
∫01(4−x2)233x+2dx=∫0p(23secutanu+21sec2u)du
where p is a constant to be found.
(4)
(b) Hence find the exact value of
∫01(4−x2)233x+2dx
(4)
题目中文翻译
本题中你必须写出解题过程的所有步骤。
依赖计算器技术的解法不被接受。
(a) 令 x=2sinu,证明
∫01(4−x2)233x+2dx=∫0p(23secutanu+21sec2u)du
其中 p 是待求常数。
(b) 进而求
∫01(4−x2)233x+2dx
的精确值。
解答
(a)
解法一
思路
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由 x=2sinu 同时替换 x、dx 和积分上下限。利用 1−sin2u=cos2u 化简分母;在新的积分区间内 cosu>0,因此 (4cos2u)3/2=8cos3u。
答题过程
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Let
x=2sinu.
Then
dx=2cosudu.
The limits transform as follows:
x01u0sin−1(21)=6π
Hence p=6π. Since 0≤u≤6π, we have cosu>0, and therefore
(4−x2)23===(4−4sin2u)23(4cos2u)238cos3u.
Thus
===∫01(4−x2)233x+2dx∫06π8cos3u6sinu+2(2cosu)du∫06π(2cos2u3sinu+2cos2u1)du∫06π(23secutanu+21sec2u)du,
as required, with
p=6π.
(b)
解法一
思路
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承接 (a) 的换元结果,分别使用 ∫secutanudu=secu 和 ∫sec2udu=tanu,再代入新的上下限并化简精确值。
答题过程
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Using the result from part (a),
====∫01(4−x2)233x+2dx[23secu+21tanu]06π23(32)+21(31)−233+63−23673−9.