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数学
题目

填空lim e^(-x)sinnxdx = ()

填空

题目解答

答案

本题答案为:

解:由题可得:根据分部积分法有:

所以有:

即

所以有:

所以本题答案为:

解析

考查要点:本题主要考查定积分与极限的结合应用,涉及分部积分法和极限的计算。关键在于通过分部积分将原积分转化为自身的形式,进而解方程求出积分表达式,最后分析其极限。

解题核心思路:

  1. 分部积分法:通过两次分部积分,将原积分表达式转化为关于自身的方程,解出积分结果。
  2. 极限分析:对积分结果进行化简,分析分子和分母的最高次项,利用无穷大分式极限法则判断结果趋向于0。

破题关键点:

  • 正确选择分部积分的分项,确保计算过程中符号和积分限的准确性。
  • 识别分子和分母的最高次项,简化极限表达式。

步骤1:分部积分第一次
设 $u = \sin nx$,则 $du = n \cos nx \, dx$;设 $dv = e^{-x} dx$,则 $v = -e^{-x}$。
分部积分公式 $\int u \, dv = uv - \int v \, du$ 得:
$\begin{aligned}\int_0^1 e^{-x} \sin nx \, dx &= \left. -e^{-x} \sin nx \right|_0^1 + n \int_0^1 e^{-x} \cos nx \, dx \\&= -e^{-1} \sin n + n \int_0^1 e^{-x} \cos nx \, dx.\end{aligned}$

步骤2:分部积分第二次
对 $\int_0^1 e^{-x} \cos nx \, dx$ 再次分部积分,设 $u = \cos nx$,则 $du = -n \sin nx \, dx$;$dv = e^{-x} dx$,则 $v = -e^{-x}$。
分部积分得:
$\begin{aligned}\int_0^1 e^{-x} \cos nx \, dx &= \left. -e^{-x} \cos nx \right|_0^1 - n \int_0^1 e^{-x} \sin nx \, dx \\&= -e^{-1} \cos n + e^{0} \cos 0 - n \int_0^1 e^{-x} \sin nx \, dx \\&= -e^{-1} \cos n + 1 - n \int_0^1 e^{-x} \sin nx \, dx.\end{aligned}$

步骤3:联立方程求解
将第二次分部积分的结果代入第一次的结果中,设原积分为 $I$,则:
$\begin{aligned}I &= -e^{-1} \sin n + n \left[ -e^{-1} \cos n + 1 - n I \right] \\&= -e^{-1} \sin n - n e^{-1} \cos n + n - n^2 I.\end{aligned}$
整理得:
$I (1 + n^2) = -e^{-1} \sin n - n e^{-1} \cos n + n.$
因此:
$I = \frac{-e^{-1} \sin n - n e^{-1} \cos n + n}{1 + n^2}.$

步骤4:计算极限
当 $n \to \infty$ 时,分子中最高次项为 $n$,分母为 $n^2$,故:
$\lim_{n \to \infty} \frac{n}{n^2} = \lim_{n \to \infty} \frac{1}{n} = 0.$
由于分子其他项的绝对值均小于 $n$,整体极限为 $0$。

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