题目
设 M=int_(-(pi)/(2))^(pi)/(2) (sin x)/(1+x^2) cos^4 x dx,N=int_(-(pi)/(2))^(pi)/(2) (sin^3 x + cos^4 x)dx,P=int_(-(pi)/(2))^(pi)/(2) (x^2 sin^3 x - cos^4 x)dx,则()A. N B. M C. N D. P
设 $M=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin x}{1+x^2} \cos^4 x dx$,$N=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (\sin^3 x + \cos^4 x)dx$,$P=\int_{-\frac{\pi}{2}}^{\frac{\pi}{2}} (x^2 \sin^3 x - \cos^4 x)dx$,则()
A. $N < P < M$
B. $M < P < N$
C. $N < M < P$
D. $P < M < N$
题目解答
答案
D. $P < M < N$
解析
考查要点:本题主要考查对称区间上的积分性质,特别是奇偶函数的积分特性。需要学生能够快速判断被积函数的奇偶性,并利用对称区间积分的性质简化计算。
解题核心思路:
- 判断被积函数的奇偶性:若被积函数为奇函数,对称区间积分结果为0;若为偶函数,积分可转化为两倍的半区间积分。
- 拆分积分项:将复杂的积分拆分为多个简单项的积分,分别判断每一项的奇偶性。
- 比较积分结果的符号与大小:通过奇偶性分析确定各积分的正负,进而比较大小。
破题关键点:
- M的被积函数为奇函数,直接得$M=0$。
- N中$\sin^3 x$为奇函数,积分结果为0,$\cos^4 x$为偶函数,积分结果为正。
- P中$x^2 \sin^3 x$为奇函数,积分结果为0,$-\cos^4 x$为负偶函数,积分结果为负。
计算$M$
被积函数为$\frac{\sin x}{1+x^2} \cos^4 x$:
- $\sin x$是奇函数,$\cos^4 x$是偶函数,$1+x^2$是偶函数。
- 奇函数$\cdot$偶函数$\div$偶函数仍为奇函数。
- 积分区间$[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}]$对称,奇函数在对称区间积分结果为0,故$M=0$。
计算$N$
被积函数为$\sin^3 x + \cos^4 x$:
- $\sin^3 x$部分:
- $\sin^3 x$是奇函数,对称区间积分结果为0。
- $\cos^4 x$部分:
- $\cos^4 x$是偶函数,积分可化简为$2\int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^4 x \, dx$。
- $\cos^4 x$在$[0, \frac{\pi}{2}]$上非负,故积分结果为正数,即$N > 0$。
计算$P$
被积函数为$x^2 \sin^3 x - \cos^4 x$:
- $x^2 \sin^3 x$部分:
- $x^2$是偶函数,$\sin^3 x$是奇函数,偶函数$\cdot$奇函数为奇函数。
- 对称区间积分结果为0。
- $-\cos^4 x$部分:
- $-\cos^4 x$是负偶函数,积分可化简为$-2\int_0^{\frac{\pi}{2}} \cos^4 x \, dx$。
- $\cos^4 x$在$[0, \frac{\pi}{2}]$上非负,故积分结果为负数,即$P < 0$。
结论:$P < M < N$,对应选项D。