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数学
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. $\frac{2}{3}$

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:

  1. 拆分被积函数:将积分拆分为两个部分,分别处理。
  2. 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。
  3. 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:
$I = \frac{2}{3} + 0 = \frac{2}{3}.$

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