题目
17、位于曲线y=x(e^-x)(0le xle +infty )下方,x轴上方的无界图形的面积是____。
17、位于曲线$y=x{e^{-x}}(0\le x\le +\infty )$下方,x轴上方的无界图形的面积是____。
题目解答
答案
为了求出位于曲线 $ y = x e^{-x} $ (其中 $ 0 \le x \le +\infty $) 下方,x轴上方的无界图形的面积,我们需要计算定积分 $ \int_0^{+\infty} x e^{-x} \, dx $。
首先,我们使用分部积分法来计算这个积分。分部积分法的公式是:
\[ \int u \, dv = uv - \int v \, du. \]
我们选择 $ u = x $ 和 $ dv = e^{-x} \, dx $。那么, $ du = dx $ 和 $ v = -e^{-x} $。代入分部积分法的公式,我们得到:
\[ \int_0^{+\infty} x e^{-x} \, dx = \left[ -x e^{-x} \right]_0^{+\infty} - \int_0^{+\infty} -e^{-x} \, dx. \]
简化右边的表达式,我们有:
\[ \int_0^{+\infty} x e^{-x} \, dx = \left[ -x e^{-x} \right]_0^{+\infty} + \int_0^{+\infty} e^{-x} \, dx. \]
接下来,我们分别计算这两个项。首先,计算 $ \left[ -x e^{-x} \right]_0^{+\infty} $:
\[ \left[ -x e^{-x} \right]_0^{+\infty} = \lim_{x \to +\infty} (-x e^{-x}) - (-0 e^{-0}) = \lim_{x \to +\infty} (-x e^{-x}) - 0 = \lim_{x \to +\infty} (-x e^{-x}). \]
为了求 $ \lim_{x \to +\infty} (-x e^{-x}) $,我们使用洛必达法则。洛必达法则适用于 $ \frac{\infty}{\infty} $ 和 $ \frac{0}{0} $ 的形式,所以我们将 $ -x e^{-x} $ 写成 $ -\frac{x}{e^x} $:
\[ \lim_{x \to +\infty} (-x e^{-x}) = -\lim_{x \to +\infty} \frac{x}{e^x} = -\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{e^x} = -0 = 0. \]
因此, $ \left[ -x e^{-x} \right]_0^{+\infty} = 0 $。
现在,我们计算第二个项 $ \int_0^{+\infty} e^{-x} \, dx $:
\[ \int_0^{+\infty} e^{-x} \, dx = \left[ -e^{-x} \right]_0^{+\infty} = \lim_{x \to +\infty} (-e^{-x}) - (-e^{-0}) = \lim_{x \to +\infty} (-e^{-x}) + 1 = 0 + 1 = 1. \]
将这两个结果代回原表达式,我们得到:
\[ \int_0^{+\infty} x e^{-x} \, dx = 0 + 1 = 1. \]
因此,位于曲线 $ y = x e^{-x} $ (其中 $ 0 \le x \le +\infty $) 下方,x轴上方的无界图形的面积是 $\boxed{1}$。