题目
(int )_(0)^dfrac (pi {2)}(e)^2xcos xdx;
;
题目解答
答案
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所以
,
于是
解析
考查要点:本题主要考查分部积分法的应用,特别是处理指数函数与三角函数乘积的积分。
解题核心思路:通过两次分部积分,将原积分转化为自身出现的方程,解方程求出结果。
破题关键点:
- 正确选择分部积分中的$u$和$dv$,优先选择指数函数作为$u$,三角函数作为$dv$。
- 观察积分形式的重复性,通过代数变形将原积分表示为方程求解。
设原积分为$I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} e^{2x} \cos x \, dx$,步骤如下:
第一次分部积分
- 令$u = e^{2x}$,则$du = 2e^{2x} dx$;
令$dv = \cos x \, dx$,则$v = \sin x$。 - 分部积分公式:$\int u \, dv = uv - \int v \, du$,得:
$I = e^{2x} \sin x \Big|_{0}^{\frac{\pi}{2}} - 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} e^{2x} \sin x \, dx$
第二次分部积分
对剩余积分$\int e^{2x} \sin x \, dx$再次分部积分:
- 令$u = e^{2x}$,则$du = 2e^{2x} dx$;
令$dv = \sin x \, dx$,则$v = -\cos x$。 - 分部积分得:
$\int e^{2x} \sin x \, dx = -e^{2x} \cos x + 2 \int e^{2x} \cos x \, dx$
代入并解方程
将第二次分部积分结果代入原式:
$I = e^{2x} \sin x \Big|_{0}^{\frac{\pi}{2}} - 2 \left( -e^{2x} \cos x \Big|_{0}^{\frac{\pi}{2}} + 2I \right)$
展开并整理:
$I = \left[ e^{\pi} \cdot 0 - e^{0} \cdot 0 \right] - 2 \left( -e^{\pi} \cdot 0 + e^{0} \cdot 1 + 4I \right)$
化简得:
$I = 0 - 2 \left( 1 + 4I \right) \implies I = -2 - 8I$
解得:
$I = \frac{1}{5} \left( e^{\pi} - 2 \right)$