( 10 ) (int )_(0)^dfrac (pi {4)}(tan )^2theta dtheta ;

题目解答
答案
${\int }_{0}^{\dfrac{\pi}{4}}{\tan }^{2}\theta d\theta $
$=\int \nolimits_{0}^{\frac{\pi }{4}}(\sec {}^{2}\theta -1)d\theta $
$=\tan \theta |_{0}^{\frac{\pi }{4}}-x|_{0}^{\frac{\pi }{4}}$
$=1-\dfrac{\pi }{4}$
解析
考查要点:本题主要考查定积分的计算,特别是利用三角恒等式简化被积函数的能力,以及基本积分公式的应用。
解题核心思路:
- 三角恒等式转换:将$\tan^2\theta$转换为$\sec^2\theta -1$,简化积分形式。
- 分项积分:分别对$\sec^2\theta$和$1$进行积分,利用基本积分公式快速求解。
- 代入上下限:注意计算上下限对应的函数值,避免代数错误。
破题关键点:
- 识别$\tan^2\theta$的恒等变形,这是简化积分的关键步骤。
- 正确应用积分公式:$\int \sec^2\theta \, d\theta = \tan\theta + C$,$\int 1 \, d\theta = \theta + C$。
步骤1:利用三角恒等式变形
根据三角恒等式$\tan^2\theta = \sec^2\theta -1$,原积分可变形为:
$\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan^2\theta \, d\theta = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} (\sec^2\theta -1) \, d\theta$
步骤2:分项积分
将积分拆分为两部分:
$\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \sec^2\theta \, d\theta - \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} 1 \, d\theta$
步骤3:逐项计算
-
第一项积分:
$\int \sec^2\theta \, d\theta = \tan\theta + C$,因此:
$\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \sec^2\theta \, d\theta = \tan\theta \Big|_{0}^{\frac{\pi}{4}} = \tan\left(\frac{\pi}{4}\right) - \tan(0) = 1 - 0 = 1$ -
第二项积分:
$\int 1 \, d\theta = \theta + C$,因此:
$\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} 1 \, d\theta = \theta \Big|_{0}^{\frac{\pi}{4}} = \frac{\pi}{4} - 0 = \frac{\pi}{4}$
步骤4:合并结果
将两部分结果相减:
$1 - \frac{\pi}{4}$