题目
Problem
Given that
≡(x−2)(2x+1)23x+4x−2A+2x+1B+(2x+1)2C.
(a) find the values of the constants A, B and C.
(4)
(b) Hence find the exact value of
∫712(x−2)(2x+1)23x+4dx
giving your answer in the form plnq+r where p,q and r are rational numbers.
(6)
题目中文翻译
已知
≡(x−2)(2x+1)23x+4x−2A+2x+1B+(2x+1)2C.
(a) 求常数 A,B,C 的值。
(4)
(b) 进而求
∫712(x−2)(2x+1)23x+4dx
的精确值,并将答案写成 plnq+r 的形式,其中 p,q,r 都是有理数。
(6)
解答
(a)
解法一
思路
展开
先把恒等式两边同乘公共分母 (x−2)(2x+1)2。然后代入能让某些因子变成 0 的 x 值,先求出 A 和 C,最后再代入一个方便的值求 B。
答题过程
展开
Given
≡(x−2)(2x+1)23x+4x−2A+2x+1B+(2x+1)2C.
multiply both sides by (x−2)(2x+1)2:
3x+4≡A(2x+1)2+B(x−2)(2x+1)+C(x−2).
Put x=2:
10=A=A(5)252.
Put x=−21:
3(−21)+4=25=C=C(−21−2)−25C−1.
Now put x=0 in the identity:
4=4=A−2B−2CA−2B−2C.
Using A=52 and C=−1,
4=−2B=B=52−2B+258−54.
Therefore
A=B=C=52,−54,−1.
解法二
思路
展开
也可以比较系数。这个方法计算稍多,但它适合检查部分分式答案是否完整一致。
答题过程
展开
From
3x+4≡A(2x+1)2+B(x−2)(2x+1)+C(x−2).
expand each product:
(2x+1)2=4x2+4x+1,
(x−2)(2x+1)=2x2−3x−2.
Thus the coefficients on the right are
x2:x:1:4A+2B,4A−3B+C,A−2B−2C.
Compare coefficients:
4A+2B=4A−3B+C=A−2B−2C=0,3,4.
From 4A+2B=0,
B=−2A.
Substitute this into the other two equations:
10A+C=5A−2C=3,4.
From C=3−10A, the second equation gives
5A−2(3−10A)=25A=A=41052.
Thus
B=−54,C=3−10(52)=−1.
So
A=B=C=52,−54,−1.
(b)
解法一
思路
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“Hence” 表示要使用 (a) 的部分分式结果。把 integrand 分成三个较简单的项后分别积分:前两个给出对数项,最后一个是 (2x+1)−2 的积分。最后按题目要求把对数合并成单个 lnq。
答题过程
展开
Using part (a), let
I=∫712(x−2)(2x+1)23x+4dx.
The partial fractions give
=(x−2)(2x+1)23x+45(x−2)2−5(2x+1)4−(2x+1)21.
The required antiderivatives are
∫x−21dx=ln∣x−2∣+C,
∫2x+11dx=21ln∣2x+1∣+C,
and
∫(2x+1)−2dx=−2(2x+1)1+C.
Since 7≤x≤12, both logarithm arguments are positive. An antiderivative is
F(x)=52ln(x−2)−52ln(2x+1)+2(2x+1)1.
At the two limits,
F(12)==52ln10−52ln25+50152ln52+501,
and
F(7)==52ln5−52ln15+30152ln31+301.
The log difference is
ln52−ln31=ln(52×3)=ln56,
and
501−301=−751.
Therefore
I==F(12)−F(7)52ln56−751.
也可以先合并后两项,再拆分分子。令
J=∫(2x+1)28x+9dx.
Using 8x+9=4(2x+1)+5,
J==4∫2x+11dx+5∫(2x+1)−2dx2ln∣2x+1∣−2(2x+1)5+C.
The last two partial fractions contribute −51J, which gives the same F(x) and hence the same value of I.