题目
3.求满足方程 (x)=sin x-(int )_(0)^xf(t)dt 的连续函数f(x )的表达式.

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定初始条件
给定方程为 $f(x)=\sin x-{\int }_{0}^{x}f(t)dt$,当 $x=0$ 时,$f(0)=\sin 0-{\int }_{0}^{0}f(t)dt=0$。因此,$f(0)=0$。
步骤 2:求导
对给定方程两边同时求导,得到 $f'(x)=\cos x-f(x)$。这是一个一阶线性微分方程。
步骤 3:求解微分方程
一阶线性微分方程 $y'+y=\cos x$ 的通解形式为 $y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$。其中,$P=1$,$Q=\cos x$,${e}^{\int Pdx}={e}^{x}$。因此,$y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$。
步骤 4:计算积分
$\int {e}^{x}\cos xdx$ 可以通过分部积分法求解。设 $u=\cos x$,$dv={e}^{x}dx$,则 $du=-\sin xdx$,$v={e}^{x}$。因此,$\int {e}^{x}\cos xdx={e}^{x}\cos x+\int {e}^{x}\sin xdx$。再设 $u=\sin x$,$dv={e}^{x}dx$,则 $du=\cos xdx$,$v={e}^{x}$。因此,$\int {e}^{x}\sin xdx={e}^{x}\sin x-\int {e}^{x}\cos xdx$。将这两个结果代入,得到 $\int {e}^{x}\cos xdx=\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c$。
步骤 5:代入通解
将 $\int {e}^{x}\cos xdx=\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c$ 代入 $y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$,得到 $y={e}^{-x}\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c{e}^{-x}$。化简得到 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$。
步骤 6:确定常数
根据初始条件 $f(0)=0$,代入 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$,得到 $0=\dfrac {1}{2}(\sin 0+\cos 0)+c{e}^{0}$,即 $0=\dfrac {1}{2}+c$。因此,$c=-\dfrac {1}{2}$。
步骤 7:写出最终解
将 $c=-\dfrac {1}{2}$ 代入 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$,得到 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)-\dfrac {1}{2}{e}^{-x}$。因此,$f(x)=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)-\dfrac {1}{2}{e}^{-x}$。
给定方程为 $f(x)=\sin x-{\int }_{0}^{x}f(t)dt$,当 $x=0$ 时,$f(0)=\sin 0-{\int }_{0}^{0}f(t)dt=0$。因此,$f(0)=0$。
步骤 2:求导
对给定方程两边同时求导,得到 $f'(x)=\cos x-f(x)$。这是一个一阶线性微分方程。
步骤 3:求解微分方程
一阶线性微分方程 $y'+y=\cos x$ 的通解形式为 $y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$。其中,$P=1$,$Q=\cos x$,${e}^{\int Pdx}={e}^{x}$。因此,$y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$。
步骤 4:计算积分
$\int {e}^{x}\cos xdx$ 可以通过分部积分法求解。设 $u=\cos x$,$dv={e}^{x}dx$,则 $du=-\sin xdx$,$v={e}^{x}$。因此,$\int {e}^{x}\cos xdx={e}^{x}\cos x+\int {e}^{x}\sin xdx$。再设 $u=\sin x$,$dv={e}^{x}dx$,则 $du=\cos xdx$,$v={e}^{x}$。因此,$\int {e}^{x}\sin xdx={e}^{x}\sin x-\int {e}^{x}\cos xdx$。将这两个结果代入,得到 $\int {e}^{x}\cos xdx=\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c$。
步骤 5:代入通解
将 $\int {e}^{x}\cos xdx=\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c$ 代入 $y={e}^{-x}\int {e}^{x}\cos xdx$,得到 $y={e}^{-x}\dfrac {1}{2}({e}^{x}\cos x+{e}^{x}\sin x)+c{e}^{-x}$。化简得到 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$。
步骤 6:确定常数
根据初始条件 $f(0)=0$,代入 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$,得到 $0=\dfrac {1}{2}(\sin 0+\cos 0)+c{e}^{0}$,即 $0=\dfrac {1}{2}+c$。因此,$c=-\dfrac {1}{2}$。
步骤 7:写出最终解
将 $c=-\dfrac {1}{2}$ 代入 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)+c{e}^{-x}$,得到 $y=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)-\dfrac {1}{2}{e}^{-x}$。因此,$f(x)=\dfrac {1}{2}(\sin x+\cos x)-\dfrac {1}{2}{e}^{-x}$。