(5) int_(0)^pi(1-sin ^3x)dx;
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查定积分的计算,特别是对含有三角函数高次幂的积分处理方法。需要掌握积分的线性性质、三角恒等式的应用以及换元积分法。
解题核心思路:
- 拆分积分:利用积分的线性性质,将原积分拆分为两个简单积分的差。
- 简化高次幂:对 $\sin^3 x$ 使用三角恒等式 $\sin^3 x = \sin x (1 - \cos^2 x)$,将其转化为低次幂形式。
- 分步计算:分别计算两个积分,其中第二个积分需通过换元法进一步简化。
破题关键点:
- 拆分积分是简化问题的关键步骤。
- 恒等式的应用将三次方的正弦函数转化为一次和二次的组合,便于积分。
- 换元法在处理 $\int \sin x \cos^2 x dx$ 时能有效简化计算。
原积分拆分:
根据积分的线性性质,原积分可拆分为:
$\int_{0}^{\pi} (1 - \sin^3 x) dx = \int_{0}^{\pi} 1 dx - \int_{0}^{\pi} \sin^3 x dx$
第一部分积分:
直接计算 $\int_{0}^{\pi} 1 dx$:
$\int_{0}^{\pi} 1 dx = \pi - 0 = \pi$
第二部分积分:
利用恒等式 $\sin^3 x = \sin x (1 - \cos^2 x)$,拆分为两部分:
$\int_{0}^{\pi} \sin^3 x dx = \int_{0}^{\pi} \sin x dx - \int_{0}^{\pi} \sin x \cos^2 x dx$
计算 $\int_{0}^{\pi} \sin x dx$:
积分结果为:
$\int_{0}^{\pi} \sin x dx = -\cos x \Big|_{0}^{\pi} = -\cos \pi + \cos 0 = 2$
计算 $\int_{0}^{\pi} \sin x \cos^2 x dx$:
令 $u = \cos x$,则 $du = -\sin x dx$,积分变为:
$\int_{1}^{-1} u^2 (-du) = \int_{-1}^{1} u^2 du = \frac{2}{3}$
合并结果:
第二部分积分结果为:
$2 - \frac{2}{3} = \frac{4}{3}$
最终结果:
原积分结果为:
$\pi - \frac{4}{3}$