题目
求定积分(int )_(0)^4ln (sqrt (x)+1)dx.
求定积分
.
题目解答
答案
令
,
则

,
由分部积分法,
有



,
同理得

,
故


,
综上所述,
.
解析
步骤 1:换元
令$u=\sqrt{x}+1$,则$x=(u-1)^2$,$dx=2(u-1)du$。
步骤 2:积分区间变换
当$x=0$时,$u=1$;当$x=4$时,$u=3$。因此,积分区间从$[0,4]$变为$[1,3]$。
步骤 3:代入换元后的积分
${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx={\int }_{1}^{3}\ln u\cdot 2(u-1)du$。
步骤 4:分部积分法
将${\int }_{1}^{3}\ln u\cdot 2(u-1)du$拆分为${\int }_{1}^{3}2u\ln udu-{\int }_{1}^{3}2\ln udu$。
步骤 5:计算第一个积分
${\int }_{1}^{3}2u\ln udu$,使用分部积分法,设$u=\ln u$,$dv=2udu$,则$du=\frac{1}{u}du$,$v=u^2$,得到${\int }_{1}^{3}2u\ln udu=[u^2\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}u^2\frac{1}{u}du=[u^2\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}udu=[u^2\ln u]_1^3-\frac{1}{2}u^2|_1^3$。
步骤 6:计算第二个积分
${\int }_{1}^{3}2\ln udu$,使用分部积分法,设$u=\ln u$,$dv=2du$,则$du=\frac{1}{u}du$,$v=2u$,得到${\int }_{1}^{3}2\ln udu=[2u\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}2du=[2u\ln u]_1^3-2u|_1^3$。
步骤 7:计算结果
将步骤 5 和步骤 6 的结果代入步骤 4,得到${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx=[u^2\ln u]_1^3-\frac{1}{2}u^2|_1^3-[2u\ln u]_1^3+2u|_1^3$。
步骤 8:简化结果
将步骤 7 的结果简化,得到${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx=3\ln 3$。
令$u=\sqrt{x}+1$,则$x=(u-1)^2$,$dx=2(u-1)du$。
步骤 2:积分区间变换
当$x=0$时,$u=1$;当$x=4$时,$u=3$。因此,积分区间从$[0,4]$变为$[1,3]$。
步骤 3:代入换元后的积分
${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx={\int }_{1}^{3}\ln u\cdot 2(u-1)du$。
步骤 4:分部积分法
将${\int }_{1}^{3}\ln u\cdot 2(u-1)du$拆分为${\int }_{1}^{3}2u\ln udu-{\int }_{1}^{3}2\ln udu$。
步骤 5:计算第一个积分
${\int }_{1}^{3}2u\ln udu$,使用分部积分法,设$u=\ln u$,$dv=2udu$,则$du=\frac{1}{u}du$,$v=u^2$,得到${\int }_{1}^{3}2u\ln udu=[u^2\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}u^2\frac{1}{u}du=[u^2\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}udu=[u^2\ln u]_1^3-\frac{1}{2}u^2|_1^3$。
步骤 6:计算第二个积分
${\int }_{1}^{3}2\ln udu$,使用分部积分法,设$u=\ln u$,$dv=2du$,则$du=\frac{1}{u}du$,$v=2u$,得到${\int }_{1}^{3}2\ln udu=[2u\ln u]_1^3-{\int }_{1}^{3}2du=[2u\ln u]_1^3-2u|_1^3$。
步骤 7:计算结果
将步骤 5 和步骤 6 的结果代入步骤 4,得到${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx=[u^2\ln u]_1^3-\frac{1}{2}u^2|_1^3-[2u\ln u]_1^3+2u|_1^3$。
步骤 8:简化结果
将步骤 7 的结果简化,得到${\int }_{0}^{4}\ln (\sqrt {x}+1)dx=3\ln 3$。