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数学
题目

求(int )_(-1)^1xln (1+(e)^x)dx.

求.

题目解答

答案

根据奇偶函数定积分的性质,得:

合并,得:

化简,得:

解析

考查要点:本题主要考查定积分的对称性应用及分式化简技巧。关键在于利用奇偶函数的积分性质简化计算,并通过变量替换和对数运算将复杂积分转化为简单形式。

解题思路:

  1. 观察积分区间对称性,考虑将原积分拆分为两部分,利用变量替换$x \to -x$。
  2. 通过奇偶性分析,将原积分转化为两个积分的差。
  3. 利用对数运算性质合并表达式,进一步化简分式,最终转化为易计算的幂函数积分。

步骤1:拆分积分区间

将原积分拆分为两部分:
$\int_{-1}^{1} x \ln(1+e^x) \, dx = \int_{-1}^{0} x \ln(1+e^x) \, dx + \int_{0}^{1} x \ln(1+e^x) \, dx$

步骤2:变量替换

对第一部分积分令$x = -t$,则当$x$从$-1$到$0$时,$t$从$1$到$0$,积分变为:
$\int_{-1}^{0} x \ln(1+e^x) \, dx = \int_{1}^{0} (-t) \ln(1+e^{-t}) (-dt) = \int_{0}^{1} (-t) \ln(1+e^{-t}) \, dt$

步骤3:合并两部分积分

原积分可表示为:
$\int_{0}^{1} \left[ x \ln(1+e^x) - x \ln(1+e^{-x}) \right] dx$

步骤4:对数运算化简

利用$\ln a - \ln b = \ln \frac{a}{b}$,合并对数项:
$\int_{0}^{1} x \ln \frac{1+e^x}{1+e^{-x}} \, dx$

步骤5:分式化简

分子分母同乘$e^x$,得:
$\frac{1+e^x}{1+e^{-x}} = \frac{e^x(1+e^x)}{e^x + 1} = e^x$
因此积分简化为:
$\int_{0}^{1} x \ln e^x \, dx = \int_{0}^{1} x \cdot x \, dx = \int_{0}^{1} x^2 \, dx$

步骤6:计算最终积分

$\int_{0}^{1} x^2 \, dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_0^1 = \frac{1}{3}$

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