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数学
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(int )_(0)^dfrac (pi {4)}dfrac (x)(1+cos 2x)dx=( ) .(int )_(0)^dfrac (pi {4)}dfrac (x)(1+cos 2x)dx=(int )_(0)^dfrac (pi {4)}dfrac (x)(1+cos 2x)dx=(int )_(0)^dfrac (pi {4)}dfrac (x)(1+cos 2x)dx=(int )_(0)^dfrac (pi {4)}dfrac (x)(1+cos 2x)dx=

( ) .

题目解答

答案

由题意得,

利用分部积分法有,

。

故答案选.

解析

考查要点:本题主要考查定积分的计算,涉及三角恒等式的应用、分部积分法以及对数函数的积分。

解题核心思路:

  1. 简化分母:利用三角恒等式 $1 + \cos 2x = 2\cos^2 x$,将积分式转化为更易处理的形式。
  2. 分部积分法:对 $\int x \sec^2 x \, dx$ 使用分部积分法,选择 $u = x$ 和 $dv = \sec^2 x \, dx$,从而将原积分转化为更简单的表达式。
  3. 积分 $\int \tan x \, dx$:需熟练掌握 $\int \tan x \, dx = -\ln |\cos x| + C$。

破题关键点:

  • 正确应用三角恒等式简化分母。
  • 合理选择分部积分中的 $u$ 和 $dv$,确保后续计算可行。
  • 准确处理对数函数的积分结果,注意符号和上下限代入。

步骤1:简化积分式

利用三角恒等式 $1 + \cos 2x = 2\cos^2 x$,原积分变为:
$\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{x}{1+\cos 2x} \, dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{x}{2\cos^2 x} \, dx = \frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} x \sec^2 x \, dx.$

步骤2:分部积分法

设 $u = x$,则 $du = dx$;设 $dv = \sec^2 x \, dx$,则 $v = \tan x$。根据分部积分公式:
$\int u \, dv = uv - \int v \, du,$
得:
$\frac{1}{2} \left[ x \tan x \Big|_{0}^{\frac{\pi}{4}} - \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan x \, dx \right].$

步骤3:计算边界项和剩余积分

  1. 边界项:当 $x = \frac{\pi}{4}$ 时,$\tan \frac{\pi}{4} = 1$;当 $x = 0$ 时,$\tan 0 = 0$,故:
    $x \tan x \Big|_{0}^{\frac{\pi}{4}} = \frac{\pi}{4} \cdot 1 - 0 = \frac{\pi}{4}.$

  2. 剩余积分:$\int \tan x \, dx = -\ln |\cos x| + C$,代入上下限:
    $\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan x \, dx = \left[ -\ln |\cos x| \right]_{0}^{\frac{\pi}{4}} = -\ln \left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right) + \ln 1 = -\ln \left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right).$

步骤4:化简结果

将上述结果代入分部积分表达式:
$\frac{1}{2} \left[ \frac{\pi}{4} - \left( -\ln \frac{\sqrt{2}}{2} \right) \right] = \frac{1}{2} \left( \frac{\pi}{4} + \ln \frac{\sqrt{2}}{2} \right).$

进一步化简 $\ln \frac{\sqrt{2}}{2}$:
$\ln \frac{\sqrt{2}}{2} = \ln 2^{-1/2} = -\frac{1}{2} \ln 2.$

最终结果为:
$\frac{1}{2} \left( \frac{\pi}{4} - \frac{1}{2} \ln 2 \right) = \frac{\pi}{8} - \frac{\ln 2}{4}.$

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