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数学
题目

(3) int_(4)^9 sqrt(x)(1+sqrt(x))dx;

(3) $\int_{4}^{9} \sqrt{x}(1+\sqrt{x})dx;$

题目解答

答案

将被积函数展开: \[ \sqrt{x}(1+\sqrt{x}) = \sqrt{x} + x \] 求原函数: \[ \int (\sqrt{x} + x) \, dx = \frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{1}{2}x^2 + C \] 计算定积分: \[ \left[ \frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{1}{2}x^2 \right]_4^9 = \left( \frac{2}{3} \cdot 27 + \frac{81}{2} \right) - \left( \frac{2}{3} \cdot 8 + 8 \right) = \left( 18 + \frac{81}{2} \right) - \left( \frac{16}{3} + 8 \right) \] 化简: \[ = \left( \frac{36}{2} + \frac{81}{2} \right) - \left( \frac{16}{3} + \frac{24}{3} \right) = \frac{117}{2} - \frac{40}{3} = \frac{351}{6} - \frac{80}{6} = \frac{271}{6} \] 答案: \[ \boxed{\frac{271}{6}} \] 或 \[ \boxed{45 \frac{1}{6}} \]

解析

本题考查定积分的计算,解题思路是先将被积函数展开化简,然后求出展开后函数的原函数,最后利用牛顿 - 莱布尼茨公式计算定积分的值。

  1. 展开被积函数:
    已知被积函数为$\sqrt{x}(1 + \sqrt{x})$,根据乘法分配律$a(b+c)=ab+ac$,可得:
    $\sqrt{x}(1 + \sqrt{x})=\sqrt{x}+x$
  2. 求原函数:
    根据不定积分的加法法则$\int [f(x)+g(x)]dx=\int f(x)dx+\int g(x)dx$,分别对$\sqrt{x}$和$x$求不定积分。
    • 对于$\int \sqrt{x}dx$,因为$\sqrt{x}=x^{\frac{1}{2}}$,根据幂函数的积分公式$\int x^n dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C$($n\neq -1$),可得$\int x^{\frac{1}{2}}dx=\frac{1}{\frac{1}{2}+1}x^{\frac{1}{2}+1}+C=\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+C$。
    • 对于$\int xdx$,同样根据幂函数的积分公式,可得$\int xdx=\frac{1}{1 + 1}x^{1 + 1}+C=\frac{1}{2}x^2+C$。
      所以$\int (\sqrt{x} + x)dx=\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}x^2+C$。
  3. 计算定积分:
    根据牛顿 - 莱布尼茨公式$\int_{a}^{b}F^\prime(x)dx=F(b)-F(a)$,其中$F(x)$是$F^\prime(x)$的一个原函数。
    已知$\int (\sqrt{x} + x)dx=\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}x^2+C$,则$\int_{4}^{9} \sqrt{x}(1 + \sqrt{x})dx=\left[\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}x^2\right]_{4}^{9}$。
    将$x = 9$和$x = 4$代入$\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}x^2$可得:
    $\left(\frac{2}{3}\times 9^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}\times 9^2\right)-\left(\frac{2}{3}\times 4^{\frac{3}{2}}+\frac{1}{2}\times 4^2\right)$
    $=\left(\frac{2}{3}\times 27+\frac{81}{2}\right)-\left(\frac{2}{3}\times 8 + 8\right)$
    $=(18+\frac{81}{2})-(\frac{16}{3}+8)$
  4. 化简结果:
    先将括号内的分数通分:
    $(\frac{36}{2}+\frac{81}{2})-(\frac{16}{3}+\frac{24}{3})$
    $=\frac{117}{2}-\frac{40}{3}$
    再通分计算:
    $\frac{117\times 3}{2\times 3}-\frac{40\times 2}{3\times 2}=\frac{351}{6}-\frac{80}{6}=\frac{271}{6}=45\frac{1}{6}$

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