定积分定义计算例题

合集下载

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案定积分典型例题20例答案例1 求33322321lim(2)n n n n n →∞+++.分析将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限.若对题目中被积函数难以想到,可采取如下方法:先对区间[0,1]n 等分写出积分和,再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限.解将区间[0,1]n 等分,则每个小区间长为1i x n ?=,然后把2111n n n=?的一个因子1n 乘入和式中各项.于是将所求极限转化为求定积分.即33322321lim(2)n n n n n →∞+++=333112lim ()n n n n nn →∞+++=13034xdx =?.例2 2202x x dx -?=_________.解法1 由定积分的几何意义知,2202x x dx -?等于上半圆周22(1)1x y -+= (0y ≥)与x 轴所围成的图形的面积.故2202x x dx -?=2π.解法2 本题也可直接用换元法求解.令1x -=sin t (2 2t ππ-≤≤),则222x x dx -?=2221sin cos t tdt ππ--?=2221sin cos t tdt π-?=2202cos tdt π=2π 例3 (1)若22()x t xf x e dt -=?,则()f x '=___;(2)若0()()xf x xf t dt =?,求()f x '=___.分析这是求变限函数导数的问题,利用下面的公式即可()()()[()]()[()]()v x u x d f t dt f v x v x f u x u x dx ''=-?.解(1)()f x '=422x x xe e ---;(2)由于在被积函数中x 不是积分变量,故可提到积分号外即0()()xf x x f t dt =?,则可得()f x '=0()()xf t dt xf x +?.例4 设()f x 连续,且31()x f t dt x -=?,则(26)f =_________.解对等式310()x f t dt x -=?两边关于x 求导得32(1)31f x x -?=,故321(1)3f x x -=,令3126x -=得3x =,所以1(26)27f =.例5 函数11()(3)(0)x F x dt x t =->?的单调递减开区间为_________.解 1()3F x x'=-,令()0F x '<得13x >,解之得109x <<,即1(0,)9为所求.例6 求0()(1)arctan xf x t tdt =-?的极值点.解由题意先求驻点.于是()f x '=(1)arctan x x -.令()f x '=0,得1x =,0x =.列表如下:故1x =为()f x 的极大值点,0x =为极小值点.例7 已知两曲线()y f x =与()y g x =在点(0,0)处的切线相同,其中2arcsin 0()xt g x e dt -=?,[1,1]x ∈-,试求该切线的方程并求极限3lim ()n nf n→∞.分析两曲线()y f x =与()y g x =在点(0,0)处的切线相同,隐含条件(0)(0)f g =,(0)(0)f g ''=.解由已知条件得2(0)(0)0t f g e dt -===?,且由两曲线在(0,0)处切线斜率相同知2(arcsin )2(0)(0)11x x e f g x -=''===-.故所求切线方程为y x =.而()(0)3lim ()lim33(0)330n n f f n nf f n n→∞→∞-'=?==-.例8 求 22000sin lim(sin )x x xtdtt t t dt→-??;分析该极限属于型未定式,可用洛必达法则.解 22000sin lim (sin )x x xtdtt t t dt→-?=2202(sin )lim (1)(sin )x x x x x x →-??-=220()(2)lim sin x x x x →-?-=304(2)lim 1cos x x x→-?-x(,0)-∞0 (0,1)1 (1,)+∞()f x '+-=2012(2)lim sin x x x→-?=0.注此处利用等价无穷小替换和多次应用洛必达法则.例9 试求正数a 与b ,使等式2201lim1sin x x t dt x b x a t→=-+?成立.分析易见该极限属于型的未定式,可用洛必达法则.解 20201lim sin x x t dt x b x a t →-+?=220lim 1cos x x a x b x →+-=22001lim lim 1cos x x x b x a x →→?-+201lim 11cos x x b x a →==-,由此可知必有0li m(1cos )0x b x →-=,得1b =.又由2012lim 11cos x x x a a→==-,得4a =.即4a =,1b =为所求.例10 设sin 20()sin x f x t dt =?,34()g x x x =+,则当0x →时,()f x 是()g x 的().A .等价无穷小.B .同阶但非等价的无穷小.C .高阶无穷小.D .低阶无穷小.解法1 由于 22300()sin(sin )cos lim lim()34x x f x x xg x x x →→?=+ 2200cos sin(sin )lim lim34x x x x x x →→=?+ 22011lim 33x x x →==.故()f x 是()g x 同阶但非等价的无穷小.选B .解法2 将2sin t 展成t 的幂级数,再逐项积分,得到sin 223370111()[()]sin sin 3!342x f x t t dt x x =-+=-+,则344340001111sin (sin )sin ()1342342lim lim lim ()13x x x x x x f x g x x x x→→→-+-+===++.例11 计算21||x dx -?.分析被积函数含有绝对值符号,应先去掉绝对值符号然后再积分.解 21||x dx -?=0210()x dx xdx --+??=220210[][]22x x --+=52.注在使用牛顿-莱布尼兹公式时,应保证被积函数在积分区间上满足可积条件.如 33222111[]6dx x x --=-=?,则是错误的.错误的原因则是由于被积函数21 x 在0x =处间断且在被积区间内无界.例12 设()f x 是连续函数,且10()3()f x x f t dt =+?,则()________f x =.分析本题只需要注意到定积分()baf x dx ?是常数(,a b 为常数).解因()f x 连续,()f x 必可积,从而10()f t dt ?是常数,记1()f t dt a =?,则()3f x x a =+,且11(3)()x a dx f t dt a +==??.所以2101[3]2x ax a+=,即132a a +=,从而14a =-,所以 3()4f x x =-.例13 计算2112211x x dx x-++-?.分析由于积分区间关于原点对称,因此首先应考虑被积函数的奇偶性.解 2112211x x dx x-++-?=211112221111x x dx dx x x--++-+-?.由于22211x x+-是偶函数,而211x x+-是奇函数,有112011xdx x-=+-?, 于是2112211x x dx x -++-?=2102411x dx x +-?=22120(11)4x x dx x--?=11200441dx x dx --?? 由定积分的几何意义可知12014x dx π-=, 故211122444411x x dx dx xππ-+=-?=-+-?.例14 计算220()xd tf x t dt dx -?,其中()f x 连续.分析要求积分上限函数的导数,但被积函数中含有x ,因此不能直接求导,必须先换元使被积函数中不含x ,然后再求导.解由于220()xtf x t dt -?=2221()2x f x t dt-?.故令22x t u -=,当0t =时2u x =;当t x =时0u =,而2dt du =-,所以220()x tf x t dt -?=201()()2x f u du -?=201()2x f u du ?,故220()x d tf x t dt dx -?=201[()]2x d f u du dx ?=21()22f x x=2()xf x .错误解答220()x d tf x t dt dx -?22()(0)xf x x xf =-=.错解分析这里错误地使用了变限函数的求导公式,公式()()()xad x f t dt f x dx 'Φ==?中要求被积函数()f t 中不含有变限函数的自变量x ,而22()f x t -含有x ,因此不能直接求导,而应先换元.例15 计算30sin x xdx π.分析被积函数中出现幂函数与三角函数乘积的情形,通常采用分部积分法.解30s i n x x d x π30(c o s )x d x π=-?33[(c o s )](c o s )x x x d x ππ=?---? 30cos 6xdx ππ=-+?326π=-.例16 计算120ln(1)(3)x dx x +-?.分析被积函数中出现对数函数的情形,可考虑采用分部积分法.解 120ln(1)(3)x dx x +-?=101ln(1)()3x d x +-?=1100111[ln(1)]3(3)(1)x dx x x x +-?--+? =101111ln 2()2413dx x x-++-?11ln 2ln324=-.例17 计算20sin x e xdx π.分析被积函数中出现指数函数与三角函数乘积的情形通常要多次利用分部积分法.解由于2sin xe xdx π20sin xxde π=?220[sin ]cos xx e x e xdx ππ=-?220cos x e e xdx ππ=-?,(1)而20cos xe xdx π20cos xxde π=?220[cos ](sin )xx e x e x dx ππ20sin 1x e xdx π=-?,(2)将(2)式代入(1)式可得20sin xe xdx π220[sin 1]x e e xdx ππ=--?,故20sin xe xdx π21(1)2e π=+.例18 计算1arcsin x xdx ?.分析被积函数中出现反三角函数与幂函数乘积的情形,通常用分部积分法.解 10arcsin x xdx ?210arcsin ()2x xd =?221100[arcsin ](arcsin )22x x x d x =?-?21021421x dx x π.(1)令sin x t =,则2121x dx x-?222sin sin 1sin td t tπ=-?220sin cos cos ttdt t π=??220sin tdt π=?201cos22t dt π-==?20sin 2[]24t t π-4π=.(2)将(2)式代入(1)式中得1arcsin x xdx =8π.例19设()f x [0,]π上具有二阶连续导数,()3f π'=且0[()()]cos 2f x f x xdx π''+=?,求(0)f '.分析被积函数中含有抽象函数的导数形式,可考虑用分部积分法求解.解由于0[()()]cos f x f x xdx π''+?00()sin cos ()f x d x xdf x ππ'=+??{()sin ()sin }{[()cos ]()sin }f x x f x xdx f x x f x xdx ππππ'''=-++??()(0)2f f π''=--=.故(0)f '=2()235f π'--=--=-.例20 计算243dxx x +∞++?.分析该积分是无穷限的的反常积分,用定义来计算.解2043dx x x +∞++?=20lim 43t t dx x x →+∞++?=0111lim ()213t t dx x x →+∞-++? =011lim [ln ]23t t x x →+∞++=111lim (ln ln )233t t t →+∞+-+ =ln 32.。

定积分典型例题及习题答案

定积分典型例题及习题答案

04 定积分习题答案及解析
习题一答案及解析
要点一
答案
$frac{1}{2}$
要点二
解析
根据定积分的几何意义,该积分表示一个半圆的面积,半径 为1,因此结果为半圆的面积,即$frac{1}{2}$。
习题二答案及解析
答案:$0$
解析:由于函数$f(x) = x$在区间$[-1, 1]$上为奇函数,根据定积分的性质,奇函数在对称区间上的积 分为0。
定积分的分部积分法
总结词
分Hale Waihona Puke 积分法是一种通过将两个函数的乘积进行求导来计算定积分的方法。
详细描述
分部积分法是通过将两个函数的乘积进行求导来找到一个函数的定积分。具体来说,对于两 个函数u(x)和v'(x),其乘积的导数为u'v+uv',其中u'表示u对x的导数。分部积分法可以表示 为∫bau(x)v'(x)dx=∫bau'(x)v(x)dx+∫bau(x)v(x)dx,其中u'(x)和u(x)分别是u对x的导数和函
定积分典型例题及习题答案
目录
• 定积分的基本概念 • 定积分的计算方法 • 定积分典型例题解析 • 定积分习题答案及解析
01 定积分的基本概念
定积分的定义
总结词
定积分的定义是通过对函数进行分割、 近似、求和、取极限等步骤来得到的。
详细描述
定积分定义为对于一个给定的函数f(x),选择一 个区间[a,b],并将其分割为n个小区间,在每 个小区间上选择一个代表点,并求出函数在这 些点的近似值,然后将这些近似值进行求和, 最后取这个和的极限。
数值。通过分部积分法,可以将复杂的定积分转换为更简单的形式进行计算。

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案例 1 求 Iim 42(3n τ 32n^ JH 3n 3).n厂n分析将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限. 若对题目中被积函数难以想到,可采取如下方法:先对区间 [0, 1] n 等分写出积分和,再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限•解 将区间[0, 1] n 等分,则每个小区间长为.* ,然后把1的一个因子-乘n n n nn入和式中各项•于是将所求极限转化为求定积分•即Iim A (V n 4 5+⅛2n 2切|+卅)=1计气卩弋F + 山 +;F )=[坏dx=3 •n -r ,n n n I n∖ n 042 -----------------2例 2 [J 2x —xdx= ______________•2 ry解法1由定积分的几何意义知, 0J 2x —X 2dx 等于上半圆周(x —1)2+y 2=1 ( y ≥0)与X 轴所围成的图形的面积.故$ 2χ 一χ2d χ= •■■02解法2本题也可直接用换元法求解.令x_1 = Sint (丄兰t ≤三),则2 2这是求变限函数导数的问题,禾U 用下面的公式即可d V(X)— f (t)dt = f[v(x)]v(x) - f[u(x)]u (X) • dxU(X )丄2-e;可得.Xf (X) = 0f (t)dt Xf(X) •X 3丄解 对等式;f(t)dt =x 两边关于X 求导得3 2f (x -1) 3x =1,4_..1 —sin 2tcostdt =2 :、1 —sin 2tcostdt2522例3(1)若f (x) e 丄Xdt ,则 f (X) =— ; (2)若 f(x)=Xxf (t)dt ,求 f (X )=— •■:'≡. 2 -= 2 02COs tdt=- 分析(2) 由于在被积函数中 X 不是积分变量,故可提到积分号外即Xf (X)=X Of (t)dt ,则V(X) 例4设f (x)连续,且X 3 -1O f (t)dt =X ,贝U f(26)=------ 2-XdX =例7已知两曲线y =f (X)与y =g(χ)在点(0,0)处的切线相同,其中arcs inx 十2g(x) = 0e dt , X [-1,1],试求该切线的方程并求极限Iim nf (-3). n 性 n分析 两曲线y =f(χ)与y =g(χ)在点(0,0)处的切线相同,隐含条件 f (0^g (0).解由已知条件得12X 2= (2) Iim =0 .x-⅛ Si nx注此处利用等价无穷小替换和多次应用洛必达法则.故 f(x 3-1)=13X 2 3 1,令X 46得x=3 ,所以f(26)冷1例5函数F(x) = j (3 _4)dt (x >0)的单调递减开区间为F(X)= 31 1 1x ,令F(X z O 得X 3 ,解之得。

定积分的概念和性质

定积分的概念和性质

部分功的值
某一小段的力
(3)求和
n
W F (i )xi
i 1
(4)取极限 m1iaxn {xi}
n
功的精确值
W
lim
0
i 1
F (i )xi
二、定积分的定义
定义 设函数 f ( x)在[a, b]上有定义,在 (a, b) 中任意插入
n 1 个分点 a x x x x x b
lim
0
i
1
g(
i
)xi
b
a
f
(
x)dx
b
a g(
x)dx.
(此性质可以推广到有限多个函数作和的情况)
性质2
b
b
a kf ( x)dx k a f ( x)dx
(k 为常数).

b
kf
a
( x)dx
lim
0
n i 1
kf
(i
)xi
n
n
lim k
0 i1
f (i )xi
k lim 0 i1
底边, 以曲线 y f ( x)
为曲边的曲边梯形的面积
等于同一底边而高为 f ( ) o a b x 的一个矩形的面积。
1
例4 试估计积分 exdx 的值。 0
解:在区间0,1 上,f (x) ex 的最大值、
最小值分别为e 和 1 ,由性质6 得:
1
1(1 0) fb上的定积分存在,就称函数 f ( x) 在
a, b上可积. 称为分割的模或细度.
利用“ ” 语言,定积分的定义可精确地 表述为:
设有常数 I ,如果对任意给定的 0 ,
总存在 0 ,使得对于区间 a,b 的任意

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案

定积分典型例题20例答案例1求lim 丄(循2丁2『L Vn 3) •n n分析将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限. 若对题目中被积函数难以想到,可采取如下方法:先对区间 [0, 1] n 等分写出积分和,再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限.解 将区间[0, 1] n 等分,则每个小区间长为 % -,然后把1丄的一个因子-乘nn n nn入和式中各项•于是将所求极限转化为求定积分•即lim A (习n 2 ^2n 2 LVn 3) = lim -(^—L ^—) = VXdx - • n nnnn,n ,n ° 42 -- ------ r例 2o (2x x dx = ___________• 2 . ________解法1由定积分的几何意义知, °. 2x x 2dx 等于上半圆周(x 1)2 y 2 1 ( y 0)与x 轴所围成的图形的面积.故2,2x x 2dx = _ • 0 2'1 sin 2tcostdt = 2。

2J sin 2t costdt =2 : cos 2 tdt^22x 2 2x例 3 (1)若 f (x) x e 七 dt ,则 f (x) = ________; (2)若 f (x) 0 xf (t)dt ,求 f (x)=分析这是求变限函数导数的问题,利用下面的公式即可(1) f (x) =2xe x e x可得xf (x) = 0 f (t)dt xf (x) •x 1例 4 设 f(x)连续,且。

f(t)dt x ,贝U f (26) = _________________O Ax 1解 对等式0 f(t)dtx 两边关于x 求导得3 2f(x 1) 3x 1,解法2本题也可直接用换元法求解.令x 1= Sint (2 t 2),则d v(x)dx u(x)f(t)dt f[v(x)]v(x) f[u(x)]u (x) • (2) 由于在被积函数中x 不是积分变量,故可提到积分号外即xf (x) x 0 f (t)dt ,则x 2dx =3 1 令x 1 26得x 3,所以f (26)27故f(x 3 1) 丄3x 例5函数F(x)F (x)1 1,令F (x) 0得r 3,解之得xx1 10 x -,即(0,-)为所求.9 9f (x)x0 (1 t)arctan tdt 的极值点.f (x) = (1 x)arctan x .令 f (x) = 0,得 x 1 , x 0.列表如下:x(,0)0 (0,1) 1(1,)f (x)-0 +f (x)的极大值例7已知两曲线y f (x)与y g(x)在点(0,0)处的切线相同,其中arcs inxg(x) 0t 2e dt , x [ 1,1],试求该切线的方程并求极限 lim nf (?).n n分析两曲线y f (x)与y g(x)在点(0,0)处的切线相同,隐含条件f(0) g(0),f (0)g (0) •解由已知条件得f(0)g(0)°e " dt且由两曲线在(0,0)处切线斜率相同知f (0)g(0)(arcsin x)2e1 x 2故所求切线方程为 y x .而lim nf (-) n nIim3nf(-) n3 0 nf(0) 一 3f (0) 3 •x 22sin tdtlim 0;x 0分析 该极限属于型未定式,可用洛必达法则. 0X 22sin tdt lim ------------------ = lim = ( 2) lim= ( 2)x 0:t (t sin t)dt x 0( 1) x (x sinx) 、7 x 0x sinx ' 丿2x(sin x 2)22 2(x ) 34x(x 0)的单调递减开区间为x 1(3点,x 0为极小值点.由题意先求驻点.于是12x=(2) lim =0 . x 0sinx注此处利用等价无穷小替换和多次应用洛必达法则.1 x t 2例9 试求正数a 与b ,使等式lim -------------------- dt 1成立.x 0x bsin x 0 ‘ ―t 2分析 易见该极限属于 0型的未定式,可用洛必达法则.1 x 2lim.a x 01 bcosx21 x lim3x 0x 2故f(x)是g(x)同阶但非等价的无穷小.2例11计算1|x|dx .分析 被积函数含有绝对值符号,应先去掉绝对值符号然后再积分.2 220 2x 0 x 251|x|dx = 1( x)dx 0xdx = [ y] 1 [y]0 =-.在使用牛顿-莱布尼兹公式时,应保证被积函数在积分区间上满足可积条件.如[-]32丄,则是错误的.错误的原因则是由于被积函数 」2在x 0处间断且在被x 6 x 2lim__ x 0x bsin x 0 . a 2x_ _t 「dt = lim _— =lim 1f 2 x 01 bcosx x op x 2x 2limx 01 bcosx由此可知必有 lim(1 bcosx) 0,得 b 1 .又由得a 4 .即a 4 , si nx1xlim a x 01 cosxb 1为所求. 例10设f (x)sin t 2dt , g(x) x 3 x 4,则当0 时,f (x)是 g(x)的( ). A .等价无穷小.B .同阶但非等价的无穷小.解法1由于lim 型 lim si 门伽浪)cosxx 0g(x) x 0C .高阶无穷小.D .低阶无穷小.mo Hx3x 2 4x 3cosx3 4xmo Hxsin (sin x)x解法2 将sin t 2展成t 的幕级数, 1 2 3 3!(t)f (x) 0 sin x 2 [t 2 再逐项积分,得到1 si n 42L ]dt 1 . 3 一 sin xlim 少 x 0g(x).31sin x(- lim -1 . 4sin x 4234x x1 lim -x 01 ■ 4 . sin x L 42 1 xUdx x积区间内无界 例12设f(x)是连续函数,且f(x) 1x 3 0 f(t)dt ,则 f (x)所以 分析本题只需要注意到定积分因f (x)连续,f (x)必可积,从而a 1—,所以 4例13 计算12x21 分析 bf (x)dx 是常数(a, b 为常数).从而f (x) x 3a ,且f(x) x1 21[―X 2 3ax]0 23 2 .10 f (t)dt 是常数,记 10 f (t)dt a ,则1 o(x3a)dx3a a ,x dx. 1 1 x 2由于积分区间关于原点对称,因此首先应考虑被积函数的奇偶性. I 2x 2 x ------ dx = II 1 x 2 I 2x 2----- dxII .1 x 2 ___ dx .由于 11 1 x 2一是偶函数,而 1 1 x 2 旦古函数, 是奇 2 x 111=dx 2 x0,I2x 2 xII1 x 2dx = 4 由定积分的几何意义可知 例14计算肿(x 2 011 x 20 1x 2dx 1 2x 2 1 dx = 4 1x 2 (11x 2) 0x _= dx 1 1 x 2t 2)dt ,其中 分析 要求积分上限函数的导数, 元使被积函数中不含 ,然后再求导. 由于 x 2 otf(xx 2dx = 4 dx 4;FVdx故令x 2xdx 01 4 dx 0 f(x)连续. 但被积函数中含有 x ,因此不能直接求导,必须先换2 1 x2 2 2t )dt = 2 0f(x t )dt .2 20时u x ;当t x 时u 0,而dtx2 2 1tf(x t)dt=;222d 1 x tf(x t)dt= dx [2 0x 2f (U)( du)=idu ,所以x 2f (u)du ,f (u)du] =£ f(x 2) 2x = xf (x 2).错误解答 — tf(x 2 t 2)dtxf(x 2 x 2) xf(O).dx 0错解分析这里错误地使用了变限函数的求导公式,公式d x(x) a f (t)dt f (x)dx a中要求被积函数f(t)中不含有变限函数的自变量 x ,而f (x 2 t 2)含有x ,因此不能直接求导,而应先换元. 15 计算 3 xsinxdx .分析 被积函数中出现幕函数与三角函数乘积的情形,通常采用分部积分法.=1ln21 In3 .417计算2e si nxdx .分析 被积函数中出现指数函数与三角函数乘积的情形通常要多次利用分部积分法. 解 由于 02e x sin xdx;sin xde x [e x sinx]〕2e x cosxdxe^2e x cos xdx ,(1)而02 *cosxdx2cos xde x[e x cosx](?o2e x ( sin x)dx2e x sin xdx 01 , (2)将(2)式代入(1)式可得?e x s in xdx e 2[2 e x sin xdx 1],故2 e xsin xdx1 ~2-(e 2 1). 21例 18 计算 xarcsinxdx .解 3 xs in xdx 3 xd(0 0 '3cosx) [x ( COSX )]oo3( cos x) dx616计算0兽dx .3cosxdx¥ 6分析被积函数中出现对数函数的情形,可考虑采用分部积分法.1x)d(-3 xJdx= 1ln(1 0(3 x)2'1Fln(1x)】1(3 x) (1 x)dx1 In2 21 xarcsin xdx分析被积函数中含有抽象函数的导数形式,可考虑用分部积分法求解. 解 由于 0 [ f (x) f (x)]cos xdx 0 f (x)d sinxcosxdf (x){ f (x)sin x 00 f (x)sin xd" {[ f (x)cosx]° 0f (x)sin xd 冷f ( ) f (0) 2 .故 f (0) 2 f ( )2 3分析 该积分是无穷限的的反常积分,用定义来计算.解 dxtdx1 t 11 解2= lim 2= lim ()dxx 4x 3 t 0 x 4x 3 t 2 0 x 1 x 31 x 1 t 1 t 1 1 =lim [In ]0= lim (In In ) t2 x3 t 2 t 3 3分析 被积函数中出现反三角函数与幕函数乘积的情形,通常用分部积分法.1解xarcs in xdx1x20arcsinxd (一2x1[ arcsinx]。

定积分典型例题

定积分典型例题

定积分典型例题例1 求3321lim)n n n →∞+.分析 将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限.若对题目中被积函数难以想到,可采取如下方法:先对区间[0,1]n 等分写出积分和,再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限.解 将区间[0,1]n 等分,则每个小区间长为1i x n∆=,然后把2111n n n =⋅的一个因子1n 乘入和式中各项.于是将所求极限转化为求定积分.即3321lim)n n n →∞+=31lim )n n n n →∞+=34=⎰.例2 0⎰=_________.解法1 由定积分的几何意义知,0⎰等于上半圆周22(1)1x y -+= (0y ≥)与x 轴所围成的图形的面积.故0⎰=2π. 例18 计算21||x dx -⎰.分析 被积函数含有绝对值符号,应先去掉绝对值符号然后再积分.解 21||x dx -⎰=0210()x dx xdx --+⎰⎰=220210[][]22x x --+=52.注 在使用牛顿-莱布尼兹公式时,应保证被积函数在积分区间上满足可积条件.如33222111[]6dx x x --=-=⎰,则是错误的.错误的原因则是由于被积函数21x 在0x =处间断且在被积区间内无界.例19 计算220max{,}x x dx ⎰.分析 被积函数在积分区间上实际是分段函数212()01x x f x x x ⎧<≤=⎨≤≤⎩.解 23212221201011717max{,}[][]23236x x x x dx xdx x dx =+=+=+=⎰⎰⎰例20 设()f x 是连续函数,且10()3()f x x f t dt =+⎰,则()________f x =. 分析 本题只需要注意到定积分()ba f x dx ⎰是常数(,ab 为常数).解 因()f x 连续,()f x 必可积,从而10()f t dt ⎰是常数,记1()f t dt a =⎰,则()3f x x a =+,且11(3)()x a dx f t dt a +==⎰⎰.所以2101[3]2x ax a+=,即132a a +=, 从而14a =-,所以 3()4f x x =-.例21 设23, 01()52,12x x f x x x ⎧≤<=⎨-≤≤⎩,0()()x F x f t dt =⎰,02x ≤≤,求()F x , 并讨论()F x 的连续性.分析 由于()f x 是分段函数, 故对()F x 也要分段讨论. 解 (1)求()F x 的表达式.()F x 的定义域为[0,2].当[0,1]x ∈时,[0,][0,1]x ⊂, 因此23300()()3[]xxxF x f t dt t dt t x ====⎰⎰.当(1,2]x ∈时,[0,][0,1][1,]x x =, 因此, 则1201()3(52)xF x t dt t dt =+-⎰⎰=31201[][5]x t t t +-=235x x -+-,故32, 01()35,12x x F x x x x ⎧≤<⎪=⎨-+-≤≤⎪⎩. (2) ()F x 在[0,1)及(1,2]上连续, 在1x =处,由于211lim ()lim(35)1x x F x x x ++→→=-+-=, 311lim ()lim 1x x F x x --→→==, (1)1F =. 因此, ()F x 在1x =处连续, 从而()F x 在[0,2]上连xu例22 计算21-⎰.分析 由于积分区间关于原点对称,因此首先应考虑被积函数的奇偶性. 解 21-⎰=211--+⎰⎰2是偶函数,而是奇函数,有10-=⎰, 于是21-⎰=214⎰=04⎰=1044dx -⎰⎰由定积分的几何意义可知4π=⎰, 故2114444dx ππ-=-⋅=-⎰⎰.例23 计算3412e e⎰.分析 被积函数中含有1x及ln x ,考虑凑微分.解3412e e ⎰=34e 3412e e⎰=⎰=3412e e =6π. 例24 计算4sin 1sin xdx xπ+⎰.解40sin 1sin x dx x π+⎰=420sin (1sin )1sin x x dx xπ--⎰=244200sin tan cos x dx xdx x ππ-⎰⎰ =244200cos (sec 1)cos d x x dx x ππ---⎰⎰=44001[][tan ]cos x x x ππ--=24π-+例26 计算0a ⎰,其中0a >.解法1 令sin x a t =,则a⎰2cos sin cos tdt t tπ=+⎰201(sin cos )(cos sin )2sin cos t t t t dt t t π++-=+⎰ 201(sin cos )[1]2sin cos t t dt t tπ'+=++⎰[]201ln |sin cos |2t t t π=++=4π. 注 如果先计算不定积分,再利用牛顿-莱布尼兹公式求解,则比较复杂,由此可看出定积分与不定积分的差别之一.例27 计算ln 0⎰.分析 被积函数中含有根式,不易直接求原函数,考虑作适当变换去掉根式.解 设u =2ln(1)x u =+,221udx du u =+,则ln 0⎰=22220(1)241u u u du u u +⋅=++⎰22222200442244u u du du u u +-=++⎰⎰22201284du du u =-=+⎰⎰4π-.例29 计算30sin x xdx π⎰.分析 被积函数中出现幂函数与三角函数乘积的情形,通常采用分部积分法.解30sin x xdx π⎰30(cos )xd x π=-⎰330[(cos )](cos )x x x dx ππ=⋅---⎰30cos 6xdx ππ=-+⎰6π=-. 例30 计算120ln(1)(3)x dx x +-⎰.分析 被积函数中出现对数函数的情形,可考虑采用分部积分法.解 120ln(1)(3)x dx x +-⎰=101ln(1)()3x d x +-⎰=1100111[ln(1)]3(3)(1)x dx x x x +-⋅--+⎰ =101111ln 2()2413dx x x-++-⎰11ln 2ln324=-. 例31 计算20sin x e xdx π⎰.分析 被积函数中出现指数函数与三角函数乘积的情形通常要多次利用分部积分法.解 由于20sin x e xdx π⎰20sin xxde π=⎰2200[sin ]cos xx e x e xdx ππ=-⎰220cos x e e xdx ππ=-⎰, (1)而20cos xe xdx π⎰2cos xxde π=⎰220[cos ](sin )xx e x e x dx ππ=-⋅-⎰20sin 1x e xdx π=-⎰, (2)将(2)式代入(1)式可得20sin xe xdx π⎰220[sin 1]x e e xdx ππ=--⎰,故20sin xe xdx π⎰21(1)2e π=+.例32 计算10arcsin x xdx ⎰.分析 被积函数中出现反三角函数与幂函数乘积的情形,通常用分部积分法.解 10arcsin x xdx ⎰210arcsin ()2x xd =⎰221100[arcsin ](arcsin )22x x x d x =⋅-⎰21142π=-⎰. (1) 令sin x t =,则21⎰20sin t π=⎰220sin cos cos ttdt tπ=⋅⎰220sin tdt π=⎰ 201cos22t dt π-==⎰20sin 2[]24t t π-4π=. (2)将(2)式代入(1)式中得1arcsin x xdx =⎰8π. 例33 设()f x 在[0,]π上具有二阶连续导数,()3f π'=且0[()()]cos 2f x f x xdx π''+=⎰,求(0)f '.分析 被积函数中含有抽象函数的导数形式,可考虑用分部积分法求解. 解 由于0[()()]cos f x f x xdx π''+⎰0()sin cos ()f x d x xdf x ππ'=+⎰⎰[]000{()sin ()sin }{[()cos ]()sin }f x x f x xdx f x x f x xdx ππππ'''=-++⎰⎰()(0)2f f π''=--=.故 (0)f '=2()235f π'--=--=-.,例35(00研) 设函数()f x 在[0,]π上连续,且()0f x dx π=⎰,0()cos 0f x xdx π=⎰.试证在(0,)π内至少存在两个不同的点12,ξξ使得12()()0f f ξξ==.分析 本题有两种证法:一是运用罗尔定理,需要构造函数0()()xF x f t dt =⎰,找出()F x的三个零点,由已知条件易知(0)()0F F π==,0x =,x π=为()F x 的两个零点,第三个零点的存在性是本题的难点.另一种方法是利用函数的单调性,用反证法证明()f x 在(0,)π之间存在两个零点.证法1 令0()(),0xF x f t dt x π=≤≤⎰,则有(0)0,()0F F π==.又00()cos cos ()[cos ()]()sin f x xdx xdF x xF x F x xdx ππππ==+⎰⎰⎰()sin 0F x xdx π==⎰,由积分中值定理知,必有(0,)ξπ∈,使得()sin F x xdx π⎰=()sin (0)F ξξπ⋅-.故()sin 0F ξξ=.又当(0,),sin 0ξπξ∈≠,故必有()0F ξ=.于是在区间[0,],[,]ξξπ上对()F x 分别应用罗尔定理,知至少存在1(0,)ξξ∈,2(,)ξξπ∈,使得12()()0F F ξξ''==,即12()()0f f ξξ==.例36 计算2043dxx x +∞++⎰.分析 该积分是无穷限的的反常积分,用定义来计算.解2043dx x x +∞++⎰=20lim 43t t dx x x →+∞++⎰=0111lim ()213t t dx x x →+∞-++⎰ =011lim [ln ]23t t x x →+∞++=111lim (ln ln )233t t t →+∞+-+ =ln 32. 例37计算3+∞⎰.解3+∞⎰2233sec tan sec tan d ππθθθθθ+∞=⎰⎰23cos 1d ππθθ==-⎰. 例38计算42⎰.分析 该积分为无界函数的反常积分,且有两个瑕点,于是由定义,当且仅当32⎰和43⎰均收敛时,原反常积分才是收敛的.解 由于32⎰32lim aa +→⎰=32lim aa +→⎰=32lim[arcsin(3)]a a x +→-=2π.43⎰=34lim bb -→⎰=34lim bb -→⎰=34lim[arcsin(3)]bb x -→-=2π. 所以42⎰22πππ=+=.例39计算0+∞⎰.分析 此题为混合型反常积分,积分上限为+∞,下限0为被积函数的瑕点. 解t ,则有+∞⎰=50222(1)tdt t t +∞+⎰=50222(1)dt t +∞+⎰,再令tan t θ=,于是可得5022(1)dt t +∞+⎰=25022tan (tan 1)d πθθ+⎰=2250sec sec d πθθθ⎰=230sec d πθθ⎰ =32cos d πθθ⎰=220(1sin )cos d πθθθ-⎰=220(1sin )sin d πθθ-⎰=3/21[sin sin ]3πθθ-=23. 例40计算21⎰. 解 由于221112111()d x x x +-==⎰⎰⎰,可令1t x x=-,则当x =t =;当0x -→时,t →+∞;当0x +→时,t →-∞;当1x =时,0t =;故有21010211()()12()d x d x x x x x--=++-⎰⎰⎰022dtt +∞-∞=++⎰⎰1arctan )2π+ . 注 有些反常积分通过换元可以变成非反常积分,如例32、例37、例39;而有些非反常积分通过换元却会变成反常积分,如例40,因此在对积分换元时一定要注意此类情形.例41 求由曲线12y x =,3y x =,2y =,1y =所围成的图形的面积.分析 若选x 为积分变量,需将图形分割成三部分去求,如图5-1所示,此做法留给读者去完成.下面选取以y 为积分变量.解 选取y 为积分变量,其变化范围为[1,2]y ∈,则面积元素为dA =1|2|3y y dy -=1(2)3y y dy -.于是所求面积为211(2)3A y y dy =-⎰=52.例42 抛物线22y x =把圆228x y +=分成两部分,求这两部分面积之比.解 抛物线22y x =与圆228x y +=的交点分别为(2,2)与(2,2)-,如图所示5-2所示,抛物线将圆分成两个部分1A ,2A ,记它们的面积分别为1S ,2S ,则有图5-21S =2222(8)2y y dy ---⎰=24488cos 3d ππθθ--⎰=423π+,218S A π=-=463π-,于是12S S =423463ππ+-=3292ππ+-. 例43 求心形线1cos ρθ=+与圆3cos ρθ=所围公共部分的面积.分析 心形线1cos ρθ=+与圆3cos ρθ=的图形如图5-3所示.由图形的对称性,只需计算上半部分的面积即可.解 求得心形线1cos ρθ=+与圆3cos ρθ=的交点为(,)ρθ=3(,)23π±,由图形的对称性得心形线1cos ρθ=+与圆3cos ρθ=所围公共部分的面积为图5-3A =223203112[(1cos )(3cos )]22d d πππθθθθ++⎰⎰=54π. 3πθ=3cos ρθ=3211-xoy121-2A 1A 12(2,2)-oxy22y x=228x y +=2-1-121-2-2x y =1y =3y x =o 1-3-321211-2-xy2y =图5-1342-1cos ρθ=+例44 求曲线ln y x =在区间(2,6)内的一条切线,使得该切线与直线2x =,6x =和曲线ln y x =所围成平面图形的面积最小(如图5-4所示).分析 要求平面图形的面积的最小值,必须先求出面积的表达式.解 设所求切线与曲线ln y x =相切于点(,ln )c c ,则切线方程为1ln ()y c x c c-=-.又切线与直线2x =,6x =和曲线ln y x =所围成的平面图形的面积为图5-4A =621[()ln ln ]x c c x dx c -+-⎰=44(1)4ln 46ln 62ln 2c c-++-+.由于dA dc =2164c c -+=24(4)c c--, 令0dA dc =,解得驻点4c =.当4c <时0dAdc<,而当4c >时0dA dc >.故当4c =时,A 取得极小值.由于驻点唯一.故当4c =时,A 取得最小值.此时切线方程为:11ln 44y x =-+. 例45 求圆域222()x y b a +-≤(其中b a >)绕x 轴旋转而成的立体的体积.解 如图5-5所示,选取x 为积分变量,得上半圆周的方程为222y b a x =+-,下半圆周的方程为221y b a x =--.图5-5则体积元素为dV =2221()y y dx ππ-=224b a x dx π-.于是所求旋转体的体积为 V =224aab a x dx π--⎰=228ab a x dx π-⎰=284a b ππ⋅=222a b π.注 可考虑选取y 为积分变量,请读者自行完成. 例46 过坐标原点作曲线ln y x =的切线,该切线与曲线ln y x =及x 轴围成平面图形D .(1)求D 的面积A ;图5-6计算,如图5-6所示.ln y x=ln y x=y xo12311y xe=(0,)b o()(0)x y b a b a +-=>>xy1xo y23121-45673ln y x=2x =6x =(,ln )c c解 (1)设切点横坐标为0x ,则曲线ln y x =在点00(,ln )x x 处的切线方程是0001ln ()y x x x x =+-. 由该切线过原点知0ln 10x -=,从而0x e =,所以该切线的方程是1y x e=.从而D 的面积10()12y eA e ey dy =-=-⎰. 例47 有一立体以抛物线22y x =与直线2x =所围成的图形为底,而垂直于抛物线的轴的截面都是等边三角形,如图5-7所示.求其体积.解 选x 为积分变量且[0,2]x ∈.过x 轴上坐标为x 的点作垂直于x 轴的平面,与立体相截的截面为等边三角形,其底边长为得等边三角形的面积为图5-7()A x 2=. 于是所求体积为 V =2()A x dx ⎰=2⎰=。

用定积分定义求下列题目

用定积分定义求下列题目

用定积分定义求下列题目
当给定一个函数时,定积分可以用来计算函数在特定区间上的
面积。

定积分的定义如下:
设函数f(x)在区间[a, b]上有定义,将区间[a, b]分成n等分,每个小区间的长度为Δx=(b-a)/n。

在第i个小区间上任取一点ξi,构造和式Σf(ξi)Δx,其中i的范围是从1到n。

当n趋向于无穷
大时,如果这个和的极限存在,且与区间的分法和点的取法无关,
那么这个极限就是函数f(x)在区间[a, b]上的定积分,记作∫[a, b]f(x)dx。

现在让我们用定积分的定义来解决一个具体的问题。

假设我们
要求函数f(x) = x^2 在区间[0, 2]上的定积分。

首先,我们将区
间[0, 2]分成n等分,每个小区间的长度为Δx=(2-0)/n=2/n。


后在每个小区间上任取一点ξi,构造和式Σf(ξi)Δx,其中i的
范围是从1到n。

接下来,当n趋向于无穷大时,计算这个和的极
限即可得到函数f(x) = x^2 在区间[0, 2]上的定积分。

通过这种方法,我们可以用定积分的定义来求解各种函数在给
定区间上的定积分。

这种方法虽然有些繁琐,但可以帮助我们更好地理解定积分的概念和原理。

定积分的重要公式及性质(例题 解析)

定积分的重要公式及性质(例题 解析)
区间[a,b]上积分和的极限;这里应注意定积分与不定积分之间的关系:若定积分存在,则它是一个具体的数值,而不定积分是一个函数表达式,它们仅仅在数学上有一个计算关系(牛顿-莱布尼茨公式)。
定积分的定义:
设函数f(x)在区间[a,b]上连续,将区间[a,b]分成n个子区间[x0,x1], (x1,x2], (x2,x3], …, (xn-1,xn],其中x0=a,xn=b。可知各区间的长度依次是:△x1=x1-x0,在每个子区间(xi-1,xi]中任取一点ξi(1,2,...,n),作和式 。该和式叫做积分和,设λ=max{△x1, △x2, …, △xn}(即λ是最大的区间长度),如果当λ→0时,积分和的极限存在,则这个极限叫做函数f(x)在区间[a,b]的定积分,记为 ,并称函数f(x)在区间[a,b]上可积。[1]其中:a叫做积分下限,b叫做积分上限,区间[a, b]叫做积分区间,函数f(x)叫做被积函数,x叫做积分变量,f(x)dx叫做被积表达式,∫叫做积分号。
重要公式及性质:
牛顿——莱布尼兹公式
(a为下限,b为下限)
例:
特殊公式:
(n为奇数)
(n为偶数)
例:
上下限为相反数
f(x)为偶函数
f(x)为奇函数
奇函数:y=x , x3, sinx , tanx
偶函数:y= x2, cosx , lxl
例:
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

定积分定义计算例题
定积分是高中数学中比较重要的一个概念,也是数学中的一个重要工具。

下面是一些定积分的定义和计算例题:
1. 定积分的定义:
定积分是指在一定区间内,曲线和坐标轴之间的面积。

表示为:$int_a^bf(x)dx$。

其中,$a$和$b$是积分区间的两个端点,$f(x)$是被积函数。

2. 定积分的计算方法:
(1) 划分区间:将积分区间分成若干个小区间。

(2) 求出每个小区间的面积:用等式
$S=frac{1}{2}(y_1+y_2)(x_2-x_1)$求出每个小区间的面积。

(3) 将每个小区间的面积相加:
$int_a^bf(x)dx=sum_{i=1}^nfrac{1}{2}(y_i+y_{i+1})(x_{i+1}-x _i)$。

3. 计算例题:
例1:计算$int_0^{pi/2}sin x dx$。

解:因为$sin x$在区间$[0,pi/2]$上单调递增,所以可以将积分区间划分成若干个小区间。

设划分的小区间为$[x_i,x_{i+1}]$,则$x_i=ifrac{pi}{10}$,$x_{i+1}=(i+1)frac{pi}{10}$。

每个小区间的面积为:
$frac{1}{2}(sin x_i+sin x_{i+1})cdotfrac{pi}{10}$
将每个小区间的面积相加,得到:
$int_0^{pi/2}sin x dxapproxsum_{i=0}^9frac{1}{2}(sin
x_i+sin x_{i+1})cdotfrac{pi}{10}approx1$
例2:计算$int_0^1frac{1}{1+x^2}dx$。

解:因为$frac{1}{1+x^2}$在区间$[0,1]$上单调递减,所以可以将积分区间划分成若干个小区间。

设划分的小区间为$[x_i,x_{i+1}]$,则$x_i=icdot0.1$,
$x_{i+1}=(i+1)cdot0.1$。

每个小区间的面积为:
$frac{1}{2}left(frac{1}{1+x_i^2}+frac{1}{1+x_{i+1}^2}right) cdot0.1$
将每个小区间的面积相加,得到:
$int_0^1frac{1}{1+x^2}dxapproxsum_{i=0}^9frac{1}{2}left(fra c{1}{1+x_i^2}+frac{1}{1+x_{i+1}^2}right)cdot0.1approx0.78$。

以上就是定积分的定义和计算例题的内容,希望能对大家有所帮助。

相关文档
最新文档