题目
设函数 f(x) 连续,则 (d)/(dx) int_(0)^x tf(x^2-t^2), dt=A. xf(x^2)B. -xf(x^2)C. 2xf(x^2)D. -2xf(x^2)
设函数 $f(x)$ 连续,则 $\frac{d}{dx} \int_{0}^{x} tf(x^{2}-t^{2})\, dt=$
A. $xf(x^{2})$
B. $-xf(x^{2})$
C. $2xf(x^{2})$
D. $-2xf(x^{2})$
题目解答
答案
A. $xf(x^{2})$
解析
本题考查变上限积分求导以及换元积分法的知识。解题的关键思路是先通过换元法将积分变量进行变换,然后再利用变上限积分求导法则进行求导。
- 换元:
令$u = x^{2}-t^{2}$,对$u$求关于$t$的导数,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得$du=-2t\,dt$,即$t\,dt=-\frac{1}{2}du$。
当$t = 0$时,$u = x^{2}-0^{2}=x^{2}$;当$t = x$时,$u = x^{2}-x^{2}=0$。
将上述换元结果代入原式$\int_{0}^{x} tf(x^{2}-t^{2})\, dt$,可得:
$\int_{0}^{x} tf(x^{2}-t^{2})\, dt=-\frac{1}{2}\int_{x^{2}}^{0} f(u)\, du$
根据定积分的性质$\int_{a}^{b}f(x)dx=-\int_{b}^{a}f(x)dx$,进一步化简为$\frac{1}{2}\int_{0}^{x^{2}} f(u)\, du$。 - 求导:
设$F(u)$是$f(u)$的一个原函数,即$F^\prime(u)=f(u)$,那么$\int_{0}^{x^{2}} f(u)\, du=F(x^{2})-F(0)$。
所以$\frac{1}{2}\int_{0}^{x^{2}} f(u)\, du=\frac{1}{2}[F(x^{2})-F(0)]$。
对$\frac{1}{2}[F(x^{2})-F(0)]$求关于$x$的导数,根据复合函数求导法则$(F(g(x)))^\prime=F^\prime(g(x))\cdot g^\prime(x)$,$F(0)$为常数,其导数为$0$,可得:
$\frac{d}{dx}\left[\frac{1}{2}(F(x^{2})-F(0))\right]=\frac{1}{2}F^\prime(x^{2})\cdot 2x$
因为$F^\prime(u)=f(u)$,所以$F^\prime(x^{2})=f(x^{2})$,则$\frac{1}{2}F^\prime(x^{2})\cdot 2x = xf(x^{2})$。