题目
例40、(2004年数一)已知f'(e^x)=xe^-x,且f(1)=0,则f(x)=______.
例40、(2004年数一)已知$f'(e^{x})=xe^{-x}$,且f(1)=0,则f(x)=______.
题目解答
答案
令 $ e^x = t $,则 $ x = \ln t $。代入已知条件 $ f'(e^x) = xe^{-x} $,得
$f'(t) = \ln t \cdot e^{-\ln t} = \frac{\ln t}{t}.$
因此,$ f'(x) = \frac{\ln x}{x} $。对 $ f'(x) $ 积分得
$f(x) = \int \frac{\ln x}{x} \, dx.$
令 $ u = \ln x $,则 $ du = \frac{1}{x} \, dx $,积分变为
$f(x) = \int u \, du = \frac{u^2}{2} + C = \frac{(\ln x)^2}{2} + C.$
由 $ f(1) = 0 $,得 $ C = 0 $。故
$f(x) = \frac{1}{2} (\ln x)^2.$
答案: $\boxed{\frac{1}{2} (\ln x)^2}$
解析
本题考查不定积分的计算计算以及利用初始条件确定积分常数,解题的关键在于通过换元法求出函数的导数表达式,再对导数进行积分积分得到原函数,最后根据根据给定的初始条件确定积分常数。。
- 求出$f^\prime(x)$的表达式:
- 令$e^x = t$,根据对数函数与指数函数的关系,可得$x = \ln t$。
- 将$e^x = t$ $t$和$x = \ln t$代入已知条件$f^\prime(e^x) = xe^{-x}$ $x$中,得到$f^\prime(t) = \ln t \cdot e^{-\ln t}$。
- 根据对数运算法则$a^{\log_a b}=b$,可得$e^{-\ln t}=e^{\ln t^{-1}= \frac{1}{t}$,所以$f^\prime(t) = \frac{\ln t}{t}$。
- 因为函数的自变量可以用任意字母表示,所以$f^\prime(x) = \frac{\ln x}{x}$。
- 计算$f(x)$的表达式:
- 对$f^\prime(x) = \frac{\ln x}{x}$进行积分,即$f(x) = \int \frac{\ln x}{x} \, dx$。
- 令$u = \ln x$,对$u$求导,根据求导公式$(\ln x)^\prime)=\frac{1}{x}$,可得$du = \frac{1}{x} \, dx$。
- 将$u = \ln x$和$du = \frac{1}{x} \, dx$代入积分式中,得到$f(x) = \int u \, du$。
- 根据积分公式$\int x^n dx=\frac{x^{n + 1}}{n + 1}+C(n\neq -1)$,对$\int u \, du$进行计算,可得$\int u \, du = \frac{u^2}{2} + C$。
- 再将$u = \ln x$代回,得到$f(x) = \frac{(\ln x)^2}{2} + C$。3. 确定积分常数$C$:
- 已知$f(1) = 0$,将,$1),即\(\frac{(\ln 1)^2}{2} + C = 0$。
- 因为$\ln 1)=0,所以\(0 + C = 0$,解得$C = 0$。
- 将$C = 0$代入$f(x) = \frac{(\ln x)^2}{2} + C$中,得到$f(x) = \frac{1}{2} (\ln x)^2$。