中国人民大学出版社(第四版)高等数学一第5章课后习题详解(5)

2020-05-05 15:20

解:因为

?x2f(x)?min(2,x)???22

x?2x?2?2

所以

?2?3min(2,x)dx??f(x)dx???322?32dx??2?2xdx??2dx?10?222823

★★22.用分部积分计算下列积分

知识点:分部积分法

(1)

?e1elnxdx

e1ee1解:

?1elnxdx???1lnxdx??lnxdx?(xlnx)1??dx?(xlnx)1/e??1dx

e11ee1 (2)

112?e?e?1??1??2?.

eee?10x5ln3xdx

10解:

?x5ln3xdx?

1113163111521126lnxdx?xlnx?3xlnxdx??lnxdx6 ???06066012016211151151??xlnx??xlnxdx???xdx??.

012603602166klnkxklnk?1xk!注:xlnx?0?limxlnx??lim?lim?lim?0, ?6?6kk?6?0x?0?x?0?xx?0?x?06x(?1)36x6k (k?N) (3)

ln(1?x)?0(2?x)2dx

1解:

11ln(1?x)1?1?ln(1?x)dx?ln(1?x)d??dx ???0(2?x)2?0?02?x0(1?x)(2?x)?2?x?11

111111?x?ln2??(?)dx?ln2?ln301?x2?x32?x101?ln2. 3★★★23.利用函数的奇偶性计算下列积分

知识点:在对称区间上的积分,若被积函数为奇函数,积分结果为0.若被积函数为偶函数,积分结果为单侧区

间积分的两倍. (1)

?1?1(2x?x?1)2dx

1?1解:

?(2x?x?1)dx??(5x2?2x?1?4xx?4x)dx

?121 因为4xx?4x为奇函数, 5x2?2x?1为偶函数,

所以,原式?(2)

?1?1(5x?2x?1)dx?2?(5x2?2x?1)dx?02122. 3??(??1?cos2x?xsinx)dx

解:因为xsinx是???,??上的奇函数,且1?cos2x是???,??上的偶函数

所以

??xsinxdx?0.

?? 原式?????1?cos2xdx?2??01?cos2xdx?22?cosxdx

0?

???2??22??cosxdx???cosxdx??42.

2?0?e★★24.设定积分I1??lnxdx,I2??ln2xdx,则( )

11e(A) (C)

I2?I12?0 (B) I2?2I1?0 I2?2I1?e (D) I2?2I1?e

eee知识点:分部积分法. 解:∵ I2? 从而I2★★25.填空:

?1lnxdx?xlnx?2?lnxdx?e?2I1

1122?2I1?e,故选C

?1?1(x?1?x2)2dx?________.

知识点:利用函数的奇偶性计算定积分.

解:应填2.理由是:

?1?1(x?1?x)dx??(x?2x1?x?1?x)dx??2x1?xdx??dx??dx?2?15?1?1?12212221211★★26.填空:设

f(5)?2,?f(x)dx?3,则?xf?(x)dx?________.

005知识点:分部积分法. 解:应填7.理由是:

?50xf?(x)d?x?50x(d(f)x?)a0x(0f)?x?550(f)x? dx7★★★27.证明:

?a?a?(x2)dx?2??(x2)dx,其中?(x)为连续函数

知识点:利用函数的奇偶性计算定积分..

222证:由?(x)及x的连续性可知等式两边的积分都存在,显然???(?x)????(x),

从而?(x2)为区间??a,a?上的偶函数,所以

?a?a?(x)dx?2??(x2)dx

01dxdxx??x1?x2?11?x212a★★★28.证明:

(x?0)知识点:换元积分. 证:设x?

11,则dx??2dt,

tt111dxdtdtdxtx?????x1?x2?1tt2(1?12)?11?t2?11?x2.

t1?★★★★29.已知

f(x)?tanx,求?04f?(x)f??(x)dx

2知识点:换元积分法.

解: 因为f?(x)?2tanx?sec2x,

? 所以

?40?/4112?/4244??????f(x)f(x)dx??f(x)df(x)?[f(x)]?[4tanx?secx]?8.

00022?★★★★30.设连续函数

a?Tf(x)是一个以TT为周期的周期函数,试证明:对任意的常数a,有

?af(x)dx??f(x)dx,

0并说明其几何意义

知识点:第一类换元积分法. 方法一 、证:

?a?Taf(x)dx??f(x)dx??f(x)dx??a00Ta?TTf(x)dx

?a?TTf(x)dx积分中,设x?T?t,则dx?dt f(x)dx??f(t?T)dt??f(t)dt

00aa 从而 所以

??a?TTa?Taf(x)dx??f(x)dx??f(x)dx??f(t)dt??f(x)dx

a0000TaT其几何意义是在任意一个周期内曲边梯形面积的代数和均相等.

方法二、证:令F(a)? ∵F?(a)? ∴

?a?Taf(x)dx

f(a?T)?f(a)?0?F(a)?C?F(0)

T?a?Taf(x)dx??f(x)dx

0★★31.设

2?x20?x?1f(x)?? ,求?f(x)dx

0?2?x1?x?2知识点:定积分的性质.

思路:根据分段函数表达式,把整个区间上的积分分为几个分段积分之和来求解 解:

?20f(x)dx??xdx??01221x31x225(2?x)dx??(2x?)?.

302162)dx x?1★★★32.求定积分

?4?2(x2?3x?知识点:定积分的性质. 思路:函数x??4?xx?0也可看作分段函数,因此,如上题(31题)提示求解

??xx?004222)dx??(x2?3x?)dx??(x2?3x?)dx

?20x?1?x?1x?1解:

??2(x2?3x?0413321332?(x?x?ln1?x)?(x?x?ln1?x)

?203232 ??6?ln15.

a?b★★★33.设函数f(x)在?a,b?上连续,且f(x)在关于x?对称的点处取相同的值,试证:

2

?baf(x)dx?2?a?b2af(x)dx

知识点:定积分的性质. 证: f(x)在关于x? 令

ba?b2对称的点处取相同的值表明:

f(a?ba?b?t)?f(?t) 22a?ba?ba?b?t?x,则f(?t)?f(?t)?f(x)?f(a?b?x) 222a?b2a?af(x)dx??f(x)dx??a?bf(x)dx

2bb 又因为

?ba?b2f(x)dx??a?bf(a?b?x)dx

2 设t?a?b?x,则?a?bf(x)dx???a?bf(t)dt??22baa?b2af(t)dt??f(x)dx.

a?b2af(x)dx

所以

?baf(x)dx??a?b2af(x)dx??a?bf(x)dx?2?2ba?b2a★★★★34.证明:

?a1aa2dxa2dxf(x?2)??f(x?)

1xxxx2知识点:换元积分法. 解:设t?x,则

2?a1a2dx1a2a2dtf(x?2)??f(t?)

xx21tt2

a21?aa2dta2dt????f(t?)??f(t?)?

a2?1tttt? 而对于

?a2aa2dta2f(t?)中,设u?ttt,则

?a2a1aaa2dta2dua2dua2dtf(t?)???f(u?)??f(u?)??f(t?),

a11ttuuuutta2a1aa2dta2dt1aa2dta2dt)?f(t?)]?[?f(t?)??f(t?) 所以[?f(t?121tt?att21ttttaa2dxa2dxf(x?2)??f(x?)

1xxxx2∴

?a1★★★★35.设

f(x)在?a,b?上连续,且严格单调增加,证明:

(a?b)?f(x)dx?2?xf(x)dx

aabb知识点:积分上限函数,函数的单调性

思路:把结果转化成积分上限函数,结果中的大小比较利用函数的单调性来求证 证:做辅助函数F(x)?(a?x) 则F?(x)?

又因为

?xaf(t)dt?2?tf(t)dt

axax?xaxaf(t)dt?(a?x)f(x)?2xf(x)??f(t)dt?(a?x)f(x)

xxaa??f(t)dt??f(x)dt???f(t)?f(x)?dt

f(x)在?a,b?上严格单调增加且连续,

xa 而t?x,?f(t)?f(x)?F?(x)?? 所以F(x)是严格减少,且F(a) 即(a?b)★★★★36.设

?f(t)?f(x)?dt?0

?0,F(b)?F(a)?0.

?baf(x)dx?2?xf(x)dx

abf(x)?0与f??(x)?0对x??a,b?成立,试证 f(x)?2bf(x)dx ?ab?a

知识点:泰勒公式,定积分的性质

解:将f(x)在t?[a,b]处展成一阶泰勒公式,

f(x)?f(t)?f?(t)(x?t)?1f??(?)(x?t)2,??(x,t) 2!


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