题目
题型说明:请计算以下积分题,写出求解过程,只写答案不得分。6. (5.0分) int_(-1)^1(x)/(sqrt(5-4x))dx
题型说明:请计算以下积分题,写出求解过程,只写答案不得分。
6. (5.0分) $\int_{-1}^{1}\frac{x}{\sqrt{5-4x}}dx$
题目解答
答案
令 $t = \sqrt{5-4x}$,则 $x = \frac{5-t^2}{4}$,$dx = -\frac{t}{2}dt$。
积分上下限变为 $t: 3 \to 1$。
代入得:
\[
\int_{3}^{1} \frac{\frac{5-t^2}{4}}{t} \left(-\frac{t}{2}\right) dt = \int_{1}^{3} \frac{5-t^2}{8} dt = \frac{1}{8} \int_{1}^{3} (5-t^2) dt.
\]
计算得:
\[
\frac{1}{8} \left[ 5t - \frac{t^3}{3} \right]_{1}^{3} = \frac{1}{8} \left[ \left(15 - 9\right) - \left(5 - \frac{1}{3}\right) \right] = \frac{1}{8} \times \frac{4}{3} = \frac{1}{6}.
\]
**答案:** $\boxed{\frac{1}{6}}$
解析
本题考查定积分的计算,解题思路是通过换元法将被积函数化简,然后再进行积分计算。
- 换元:
- 令$t = \sqrt{5 - 4x}$,对其进行变形可得$t^{2}=5 - 4x$,进一步求解$x$,得到$x=\frac{5 - t^{2}}{4}$。
- 对$x=\frac{5 - t^{2}}{4}$求微分,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,$dx=d(\frac{5 - t^{2}}{4})=\frac{1}{4}d(5 - t^{2})=\frac{1}{4}(0 - 2t)dt=-\frac{t}{2}dt$。
- 确定积分上下限:
- 当$x=-1$时,$t=\sqrt{5-4\times(-1)}=\sqrt{5 + 4}=3$。
- 当$x = 1$时,$t=\sqrt{5-4\times1}=\sqrt{1}=1$。
- 代入原积分:
- 将$x=\frac{5 - t^{2}}{4}$,$dx=-\frac{t}{2}dt$以及积分上下限$t:3\to1$代入原积分$\int_{-1}^{1}\frac{x}{\sqrt{5 - 4x}}dx$,得到$\int_{3}^{1}\frac{\frac{5 - t^{2}}{4}}{t}\left(-\frac{t}{2}\right)dt$。
- 对$\int_{3}^{1}\frac{\frac{5 - t^{2}}{4}}{t}\left(-\frac{t}{2}\right)dt$进行化简,$\frac{\frac{5 - t^{2}}{4}}{t}\left(-\frac{t}{2}\right)=\frac{5 - t^{2}}{4}\times\frac{1}{t}\times\left(-\frac{t}{2}\right)=-\frac{5 - t^{2}}{8}$,所以$\int_{3}^{1}\frac{\frac{5 - t^{2}}{4}}{t}\left(-\frac{t}{2}\right)dt=\int_{3}^{1}-\frac{5 - t^{2}}{8}dt$。
- 根据定积分的性质$\int_{a}^{b}f(x)dx=-\int_{b}^{a}f(x)dx$,则$\int_{3}^{1}-\frac{5 - t^{2}}{8}dt=\int_{1}^{3}\frac{5 - t^{2}}{8}dt=\frac{1}{8}\int_{1}^{3}(5 - t^{2})dt$。
- 计算定积分:
- 根据定积分的运算法则$\int_{a}^{b}(f(x)-g(x))dx=\int_{a}^{b}f(x)dx-\int_{a}^{b}g(x)dx$,$\frac{1}{8}\int_{1}^{3}(5 - t^{2})dt=\frac{1}{8}\left(\int_{1}^{3}5dt-\int_{1}^{3}t^{2}dt\right)$。
- 分别计算$\int_{1}^{3}5dt$和$\int_{1}^{3}t^{2}dt$:
- 根据定积分公式$\int_{a}^{b}kdx=k(b - a)$($k$为常数),$\int_{1}^{3}5dt=5\times(3 - 1)=10$。
- 根据定积分公式$\int_{a}^{b}x^{n}dx=\frac{x^{n + 1}}{n+1}\big|_{a}^{b}$($n\neq - 1$),$\int_{1}^{3}t^{2}dt=\frac{t^{3}}{3}\big|_{1}^{3}=\frac{3^{3}}{3}-\frac{1^{3}}{3}=9-\frac{1}{3}=\frac{26}{3}$。
- 所以$\frac{1}{8}\left(\int_{1}^{3}5dt-\int_{1}^{3}t^{2}dt\right)=\frac{1}{8}\left(10-\frac{26}{3}\right)$。
- 先计算括号内的值:$10-\frac{26}{3}=\frac{30}{3}-\frac{26}{3}=\frac{4}{3}$。
- 则$\frac{1}{8}\left(10-\frac{26}{3}\right)=\frac{1}{8}\times\frac{4}{3}=\frac{1}{6}$。