题目
(单选题)(2分) ( ) . I=int_(-1)^1x^2(1+sin^3x)dx= A. -1 B. 1 C. (1)/(3) D. (2)/(3)
(单选题)(2分) ( ) . $I=\int_{-1}^{1}x^{2}(1+\sin^{3}x)dx=$
A. -1
B. 1
C. $\frac{1}{3}$
D. $\frac{2}{3}$
A. -1
B. 1
C. $\frac{1}{3}$
D. $\frac{2}{3}$
题目解答
答案
为了求解积分 $ I = \int_{-1}^{1} x^2 (1 + \sin^3 x) \, dx $,我们可以将积分分成两部分:
\[ I = \int_{-1}^{1} x^2 \, dx + \int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx. \]
首先,我们考虑积分 $ \int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx $。函数 $ x^2 \sin^3 x $ 是一个奇函数,因为 $ x^2 $ 是偶函数,而 $ \sin^3 x $ 是奇函数。奇函数在对称区间上的积分等于零。因此,我们有:
\[ \int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx = 0. \]
现在,我们只需要计算积分 $ \int_{-1}^{1} x^2 \, dx $。函数 $ x^2 $ 是一个偶函数,所以我们可以使用偶函数在对称区间上的积分性质,即 $ \int_{-a}^{a} f(x) \, dx = 2 \int_{0}^{a} f(x) \, dx $。因此,我们有:
\[ \int_{-1}^{1} x^2 \, dx = 2 \int_{0}^{1} x^2 \, dx. \]
接下来,我们计算 $ \int_{0}^{1} x^2 \, dx $。使用幂函数的积分公式 $ \int x^n \, dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C $,我们得到:
\[ \int_{0}^{1} x^2 \, dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_{0}^{1} = \frac{1^3}{3} - \frac{0^3}{3} = \frac{1}{3}. \]
因此,
\[ \int_{-1}^{1} x^2 \, dx = 2 \cdot \frac{1}{3} = \frac{2}{3}. \]
综上所述,我们有:
\[ I = \int_{-1}^{1} x^2 (1 + \sin^3 x) \, dx = \frac{2}{3} + 0 = \frac{2}{3}. \]
所以,正确答案是 $\boxed{D}$。
解析
考查要点:本题主要考查定积分的性质,特别是奇偶函数在对称区间上的积分性质,以及分项积分法的应用。
解题核心思路:
- 拆分被积函数:将积分拆分为两个部分,分别处理。
- 判断奇偶性:利用奇函数在对称区间积分结果为0的性质简化计算。
- 偶函数积分性质:对偶函数部分利用对称区间积分公式简化计算。
破题关键点:
- 识别被积函数的奇偶性:确定$x^2 \sin^3 x$为奇函数,从而其积分结果为0。
- 正确计算偶函数积分:利用$x^2$的偶性快速计算积分。
将积分拆分为两部分:
$I = \int_{-1}^{1} x^2 \, dx + \int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx.$
第一步:计算$\int_{-1}^{1} x^2 \, dx$
- 偶函数性质:$x^2$是偶函数,积分区间对称,故
$\int_{-1}^{1} x^2 \, dx = 2 \int_{0}^{1} x^2 \, dx.$ - 计算定积分:
$\int_{0}^{1} x^2 \, dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_{0}^{1} = \frac{1}{3}.$
因此,
$\int_{-1}^{1} x^2 \, dx = 2 \cdot \frac{1}{3} = \frac{2}{3}.$
第二步:计算$\int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx$
- 奇函数判断:$x^2$是偶函数,$\sin^3 x$是奇函数(奇数次幂保持奇性),故乘积为奇函数。
- 奇函数积分性质:
$\int_{-1}^{1} x^2 \sin^3 x \, dx = 0.$
最终结果:
$I = \frac{2}{3} + 0 = \frac{2}{3}.$