题目
(17)已知int_(1)^+infty((2x^2+ax+b)/(2x^2)+bx-1)dx=1(b>0),则().A.a=e-1,b=e B.a=b=2(e-1) C.a=e,b=e-1 D.a=b=2e-1
(17)已知$\int_{1}^{+\infty}(\frac{2x^{2}+ax+b}{2x^{2}+bx}-1)dx=1(b>0)$,则().
A.a=e-1,b=e B.a=b=2(e-1) C.a=e,b=e-1 D.a=b=2e-1
题目解答
答案
已知等式为:
$$ \int_1^{+\infty} \left( \frac{2x^2 + ax + b}{2x^2 + bx} - 1 \right) dx = 1 \quad (b > 0) $$
首先,我们对被积函数进行化简:
$$ \frac{2x^2 + ax + b}{2x^2 + bx} - 1 = \frac{2x^2 + ax + b - (2x^2 + bx)}{2x^2 + bx} = \frac{(a - b)x + b}{2x^2 + bx} $$
将化简后的式子代入原积分中,得到:
$$ \int_1^{+\infty} \frac{(a - b)x + b}{2x^2 + bx} dx = 1 $$
这是一个无穷限的广义积分。为了使该积分收敛,我们需要分析被积函数在 $x \to +\infty$ 时的行为。
被积函数为 $f(x) = \frac{(a - b)x + b}{2x^2 + bx}$。
当 $x \to +\infty$ 时,分母 $2x^2 + bx$ 的最高次项是 $x^2$。
- 如果分子的最高次项是 $x$(即 $a - b \neq 0$),那么 $f(x)$ 近似于 $\frac{(a-b)x}{2x^2} = \frac{a-b}{2x}$。积分 $\int_1^{+\infty} \frac{1}{x} dx$ 是发散的。
- 为了使积分收敛,分子中 $x$ 的系数必须为 $0$,即 $a - b = 0$,从而 $a = b$。
当 $a = b$ 时,被积函数变为:
$$ \frac{b}{2x^2 + bx} = \frac{b}{x(2x + b)} $$
现在计算积分:
$$ \int_1^{+\infty} \frac{b}{x(2x + b)} dx $$
利用部分分式分解法,设:
$$ \frac{b}{x(2x + b)} = \frac{A}{x} + \frac{C}{2x + b} $$
通分得到:
$$ b = A(2x + b) + Cx = (2A + C)x + Ab $$
比较系数可得:
$$ \begin{cases} 2A + C = 0 \\ Ab = b \end{cases} $$
因为已知 $b > 0$,由第二个方程得 $A = 1$。
代入第一个方程得 $2(1) + C = 0$,所以 $C = -2$。
因此,被积函数可以写为:
$$ \frac{b}{x(2x + b)} = \frac{1}{x} - \frac{2}{2x + b} $$
接下来计算定积分:
$$ \int \left( \frac{1}{x} - \frac{2}{2x + b} \right) dx = \ln|x| - \ln|2x + b| = \ln\left| \frac{x}{2x + b} \right| $$
计算广义积分的值:
$$ \int_1^{+\infty} \frac{b}{x(2x + b)} dx = \lim_{t \to +\infty} \left[ \ln\left( \frac{x}{2x + b} \right) \right]_1^t $$
$$ = \lim_{t \to +\infty} \ln\left( \frac{t}{2t + b} \right) - \ln\left( \frac{1}{2(1) + b} \right) $$
计算极限部分:
$$ \lim_{t \to +\infty} \frac{t}{2t + b} = \lim_{t \to +\infty} \frac{1}{2 + \frac{b}{t}} = \frac{1}{2} $$
所以,
$$ \lim_{t \to +\infty} \ln\left( \frac{t}{2t + b} \right) = \ln\left( \frac{1}{2} \right) = -\ln 2 $$
代入积分表达式中:
$$ -\ln 2 - \