题目
3.(3.0分) int_(-pi)^picos kxcos nxdx=0,k,n=1,2,3,...,kneq n)=() A -pi B 0 C pi D 1
3.(3.0分) $\int_{-\pi}^{\pi}\cos kx\cos nxdx=0,k,n=1,2,3,\cdots,k\neq n$)=() A $-\pi$ B 0 C $\pi$ D 1
题目解答
答案
为了求解积分 $\int_{-\pi}^{\pi} \cos kx \cos n x \, dx$,其中 $k, n = 1, 2, 3, \cdots$ 且 $k \neq n$,我们可以使用三角函数的积化和差公式。积化和差公式之一是: \[ \cos A \cos B = \frac{1}{2} [\cos (A+B) + \cos (A-B)] \] 在这个问题中,我们设 $A = kx$ 和 $B = nx$。代入公式,我们得到: \[ \cos kx \cos nx = \frac{1}{2} [\cos (k+n)x + \cos (k-n)x] \] 现在,我们需要积分这个表达式从 $-\pi$ 到 $\pi$: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos kx \cos nx \, dx = \int_{-\pi}^{\pi} \frac{1}{2} [\cos (k+n)x + \cos (k-n)x] \, dx \] 我们可以将积分分成两个部分: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos kx \cos nx \, dx = \frac{1}{2} \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k+n)x \, dx + \frac{1}{2} \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k-n)x \, dx \] 接下来,我们分别计算这两个积分。首先,考虑 $\int_{-\pi}^{\pi} \cos (k+n)x \, dx$。由于 $k$ 和 $n$ 都是正整数,且 $k \neq n$,所以 $k+n$ 是一个非零整数。余弦函数的积分是正弦函数,因此: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k+n)x \, dx = \left[ \frac{\sin (k+n)x}{k+n} \right]_{-\pi}^{\pi} = \frac{\sin (k+n)\pi}{k+n} - \frac{\sin (-(k+n)\pi)}{k+n} = \frac{\sin (k+n)\pi}{k+n} + \frac{\sin (k+n)\pi}{k+n} = \frac{2\sin (k+n)\pi}{k+n} \] 由于 $(k+n)\pi$ 是 $\pi$ 的整数倍,$\sin (k+n)\pi = 0$。因此: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k+n)x \, dx = 0 \] 同样地,考虑 $\int_{-\pi}^{\pi} \cos (k-n)x \, dx$。由于 $k \neq n$,所以 $k-n$ 是一个非零整数。余弦函数的积分是正弦函数,因此: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k-n)x \, dx = \left[ \frac{\sin (k-n)x}{k-n} \right]_{-\pi}^{\pi} = \frac{\sin (k-n)\pi}{k-n} - \frac{\sin (-(k-n)\pi)}{k-n} = \frac{\sin (k-n)\pi}{k-n} + \frac{\sin (k-n)\pi}{k-n} = \frac{2\sin (k-n)\pi}{k-n} \] 由于 $(k-n)\pi$ 是 $\pi$ 的整数倍,$\sin (k-n)\pi = 0$。因此: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos (k-n)x \, dx = 0 \] 将这两个结果代回原积分,我们得到: \[ \int_{-\pi}^{\pi} \cos kx \cos nx \, dx = \frac{1}{2} \cdot 0 + \frac{1}{2} \cdot 0 = 0 \] 因此,答案是: \[ \boxed{B} \]