int sqrt (x)sin sqrt (x)dx;
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题目解答
答案
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解析
考查要点:本题主要考查分部积分法和变量替换法的综合应用,需要学生灵活处理根号函数与三角函数的乘积积分。
解题核心思路:
- 变量替换:令 $t = \sqrt{x}$,将原积分转化为关于 $t$ 的多项式与三角函数的乘积积分,简化计算。
- 分部积分法:对转化后的积分分两次应用分部积分,逐步降低多项式次数,最终将积分转化为可直接计算的形式。
破题关键点:
- 选择合适的替换变量,将根号函数转化为多项式形式。
- 合理选择分部积分中的 $u$ 和 $dv$,确保每次分部后积分复杂度降低。
变量替换:
令 $t = \sqrt{x}$,则 $x = t^2$,$dx = 2t \, dt$。原积分变为:
$\int \sqrt{x} \sin \sqrt{x} \, dx = \int t \cdot \sin t \cdot 2t \, dt = 2 \int t^2 \sin t \, dt.$
第一次分部积分:
设 $u = t^2$,$dv = \sin t \, dt$,则 $du = 2t \, dt$,$v = -\cos t$。
应用分部积分公式:
$\begin{aligned}2 \int t^2 \sin t \, dt &= 2 \left[ -t^2 \cos t + \int 2t \cos t \, dt \right] \\&= -2t^2 \cos t + 4 \int t \cos t \, dt.\end{aligned}$
第二次分部积分:
对 $\int t \cos t \, dt$,设 $u = t$,$dv = \cos t \, dt$,则 $du = dt$,$v = \sin t$。
继续计算:
$\begin{aligned}\int t \cos t \, dt &= t \sin t - \int \sin t \, dt \\&= t \sin t + \cos t.\end{aligned}$
合并结果:
将两次分部积分的结果代入原式:
$\begin{aligned}-2t^2 \cos t + 4 \left( t \sin t + \cos t \right) + C &= -2t^2 \cos t + 4t \sin t + 4 \cos t + C.\end{aligned}$
回代变量:
将 $t = \sqrt{x}$ 代回,最终结果为:
$-2x \cos \sqrt{x} + 4 \sqrt{x} \sin \sqrt{x} + 4 \cos \sqrt{x} + C.$