设((sin )^2x)=dfrac (x)(sin x),求((sin )^2x)=dfrac (x)(sin x) .
设
,求
.
题目解答
答案
令
,则有
,
∴
即
∴




解析
考查要点:本题主要考查函数的定义与积分计算的结合应用,涉及函数变量替换、分部积分法等知识点。
解题核心思路:
- 确定函数$f(x)$的表达式:通过变量替换,将已知条件$f(\sin^2 x) = \dfrac{x}{\sin x}$转化为关于$x$的函数表达式。
- 代入积分式:将求得的$f(x)$代入原积分式,化简被积函数。
- 分部积分法求解:通过合理选择分部积分中的$u$和$dv$,将复杂积分转化为简单积分。
破题关键点:
- 变量替换:令$u = \sin^2 x$,建立$x$与$u$的关系,从而表达$f(u)$。
- 分部积分的选择:选择$u = \arcsin \sqrt{x}$和$dv = \dfrac{dx}{\sqrt{1-x}}$,简化积分过程。
步骤1:求$f(x)$的表达式
令$u = \sin^2 x$,则$\sin x = \sqrt{u}$,且$x = \arcsin \sqrt{u}$。代入已知条件:
$f(u) = \dfrac{x}{\sin x} = \dfrac{\arcsin \sqrt{u}}{\sqrt{u}}.$
因此,$f(x) = \dfrac{\arcsin \sqrt{x}}{\sqrt{x}}$。
步骤2:代入积分式并化简
原积分式为:
$\int \dfrac{\sqrt{x}}{\sqrt{1-x}} f(x) \, dx.$
将$f(x)$代入后,$\sqrt{x}$约分,得:
$\int \dfrac{\arcsin \sqrt{x}}{\sqrt{1-x}} \, dx.$
步骤3:分部积分法求解
设$u = \arcsin \sqrt{x}$,则$du = \dfrac{1}{2\sqrt{x}\sqrt{1-x}} \, dx$;设$dv = \dfrac{dx}{\sqrt{1-x}}$,则$v = -2\sqrt{1-x}$。根据分部积分公式:
$\begin{aligned}\int u \, dv &= uv - \int v \, du \\&= -2\sqrt{1-x} \cdot \arcsin \sqrt{x} + \int 2\sqrt{1-x} \cdot \dfrac{1}{2\sqrt{x}\sqrt{1-x}} \, dx \\&= -2\sqrt{1-x} \arcsin \sqrt{x} + \int \dfrac{1}{\sqrt{x}} \, dx.\end{aligned}$
计算右侧积分:
$\int \dfrac{1}{\sqrt{x}} \, dx = 2\sqrt{x} + C.$
综上,原积分结果为:
$-2\sqrt{1-x} \arcsin \sqrt{x} + 2\sqrt{x} + C.$