题目
(本题满分6分)计算积分(int )_(dfrac {1)(2)}^dfrac (3{2)}dfrac (dx)(sqrt {|x-{x)^2|}}.
(本题满分6分)
计算积分
.
.题目解答
答案
[解析]当
时,被积函数的极限
,即
是被积函数的无穷间断点,故所给的是广义积分.
时,被积函数的极限
,即
是被积函数的无穷间断点,故所给的是广义积分.

其中,

求
:
:设
则
,
则
,
,于是,
.
.解析
考查要点:本题主要考查广义积分的计算,涉及绝对值函数的分段处理、变量替换技巧以及积分公式的应用。
解题核心思路:
- 识别无穷间断点:被积函数在$x=1$处存在无穷间断点,需将积分拆分为$\int_{1/2}^1$和$\int_1^{3/2}$两部分。
- 分段处理绝对值:根据$x$的范围,将$|x^2 - x|$拆分为$x - x^2$($0 \leq x \leq 1$)和$x^2 - x$($x > 1$)。
- 变量替换简化积分:
- 第一部分:通过三角替换,转化为反正弦函数形式。
- 第二部分:通过正割替换,转化为对数函数形式。
破题关键:正确拆分积分区间后,灵活选择变量替换,将积分转化为标准形式。
拆分积分区间
被积函数在$x=1$处无界,故将积分拆分为:
$\int_{1/2}^{3/2} \frac{dx}{\sqrt{|x^2 - x|}} = \int_{1/2}^1 \frac{dx}{\sqrt{x - x^2}} + \int_1^{3/2} \frac{dx}{\sqrt{x^2 - x}}$
计算第一部分积分 $\int_{1/2}^1 \frac{dx}{\sqrt{x - x^2}}$
- 配方处理:
$x - x^2 = \frac{1}{4} - \left(x - \frac{1}{2}\right)^2$ - 变量替换:令$u = 2x - 1$,则$du = 2dx$,积分变为:
$\int_{0}^{1} \frac{du/2}{\sqrt{\frac{1}{4} - \left(\frac{u}{2}\right)^2}} = \int_{0}^{1} \frac{du}{\sqrt{1 - u^2}} = \arcsin(u) \Big|_{0}^{1} = \frac{\pi}{2}$
计算第二部分积分 $\int_1^{3/2} \frac{dx}{\sqrt{x^2 - x}}$
- 配方处理:
$x^2 - x = \left(x - \frac{1}{2}\right)^2 - \frac{1}{4}$ - 正割替换:令$x - \frac{1}{2} = \frac{1}{2} \sec t$,则$dx = \frac{1}{2} \sec t \tan t \, dt$,积分变为:
$\int_{0}^{\pi/3} \frac{\frac{1}{2} \sec t \tan t \, dt}{\frac{1}{2} \tan t} = \int_{0}^{\pi/3} \sec t \, dt = \ln \left| \sec t + \tan t \right| \Big|_{0}^{\pi/3} = \ln(2 + \sqrt{3})$
合并结果
$\text{原积分} = \frac{\pi}{2} + \ln(2 + \sqrt{3})$