1.计算下列定积分:-|||-(8) (int )_(dfrac {1)(sqrt {2)}}^1dfrac (sqrt {1-{x)^2}}({x)^2}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,特别是通过三角替换法处理含有根号的积分表达式。
解题核心思路:
观察到积分中含有$\sqrt{1-x^2}$,自然联想到使用三角替换,令$x = \sin t$,将根号部分简化为$\cos t$。随后,通过变量替换将原积分转化为关于$t$的三角函数积分,利用三角恒等式简化后直接积分。
破题关键点:
- 选择合适的三角替换:令$x = \sin t$,简化根号表达式。
- 调整积分上下限:根据$x$的范围确定$t$的范围,简化后续计算。
- 三角恒等式的应用:将$\cos^2 t / \sin^2 t$转化为$\cot^2 t$,进一步拆分为$\csc^2 t - 1$,便于积分。
步骤1:变量替换
令$x = \sin t$,则$dx = \cos t \, dt$。
当$x = 1/\sqrt{2}$时,$t = \pi/4$;当$x = 1$时,$t = \pi/2$。
原积分变为:
$\int_{\pi/4}^{\pi/2} \frac{\cos t}{\sin^2 t} \cdot \cos t \, dt = \int_{\pi/4}^{\pi/2} \frac{\cos^2 t}{\sin^2 t} \, dt.$
步骤2:化简积分表达式
利用$\cos^2 t = 1 - \sin^2 t$,将被积函数变形:
$\frac{\cos^2 t}{\sin^2 t} = \frac{1 - \sin^2 t}{\sin^2 t} = \frac{1}{\sin^2 t} - 1 = \csc^2 t - 1.$
步骤3:积分计算
分别对$\csc^2 t$和$1$积分:
$\int (\csc^2 t - 1) \, dt = -\cot t - t + C.$
步骤4:代入上下限
计算定积分:
$\left[ -\cot t - t \right]_{\pi/4}^{\pi/2} = \left( -\cot \frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{2} \right) - \left( -\cot \frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{4} \right).$
其中:
- $\cot \frac{\pi}{2} = 0$,$\cot \frac{\pi}{4} = 1$,
- 最终结果为:
$(0 - \frac{\pi}{2}) - (-1 - \frac{\pi}{4}) = 1 - \frac{\pi}{4}.$