题目
设 F(x)=int_(x)^x+2xe^costcos tdt,则 F(x) ( )A. 不是常数B. 是一个负数C. 是零D. 是一个正数
设 $F(x)=\int_{x}^{x+2x}e^{cost}\cos tdt$,则 $F(x)$ ( )
A. 不是常数
B. 是一个负数
C. 是零
D. 是一个正数
题目解答
答案
D. 是一个正数
解析
本题考查定积分的性质以及函数的周期性,解题的关键思路是利用被积函数的周期性化简定积分,再结合被积函数的正负性判断定积分的结果。
- 分析被积函数的周期性:
已知被积函数$f(t)=e^{\cos t}\cos t$,因为$\cos(t + 2\pi)=\cos t$,所以$f(t + 2\pi)=e^{\cos(t + 2\pi)}\cos(t + 2\pi)=e^{\cos t}\cos t = f(t)$,这表明函数$f(t)$的周期是$2\pi$。
根据定积分的周期性,若函数$f(t)$的周期为$T$,则$\int_{a}^{a + T}f(t)dt=\int_{0}^{T}f(t)dt$,所以$F(x)=\int_{x}^{x + 2\pi}e^{\cos t}\cos tdt=\int_{0}^{2\pi}e^{\cos t}\cos tdt$。 - 利用分部积分法计算定积分$\int_{0}^{2\pi}e^{\cos t}\cos tdt$:
设$u = \cos t$,$dv = e^{\cos t}dt$,则$du = -\sin tdt$,$v = \int e^{\cos t}dt$(这里$v$不具体求出,只用于分部积分公式)。
根据分部积分公式$\int_{a}^{b}u\mathrm{d}v=uv|_{a}^{b}-\int_{a}^{b}v\mathrm{d}u$可得:
$\int_{0}^{2\pi}e^{\cos t}\cos tdt=\left[\cos t\int e^{\cos t}dt\right]_{0}^{2\pi}+\int_{0}^{2\pi}\sin t\left(\int e^{\cos t}dt\right)\sin tdt$
因为$\left[\cos t\int e^{\cos t}dt\right]_{0}^{2\pi}=\cos(2\pi)\int e^{\cos(2\pi)}dt-\cos(0)\int e^{\cos(0)}dt = 0$,所以$\int_{0}^{2\pi}e^{\cos t}\cos tdt=\int_{0}^{2\pi}\sin^{2}t e^{\cos t}dt$。 - 判断定积分的正负性:
在区间$[0, 2\pi]$上,$\sin^{2}t\geq0$,且$e^{\cos t}>0$,所以$\sin^{2}t e^{\cos t}\geq0$,并且$\sin^{2}t e^{\cos t}$不恒为$0$。
根据定积分的性质,若在区间$[a, b]$上$f(x)\geq0$且$f(x)$不恒为$0$,则$\int_{a}^{b}f(x)dx>0$,所以$\int_{0}^{2\pi}\sin^{2}t e^{\cos t}dt>0$,即$F(x)>0$。