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关于「如何计算定积分 \frac{4}{9}\int_{1}^{9}\sqrt{u}\,du?」

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认识概念

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u\sqrt{u} 的原函数是通过将平方根重写为分数幂 u1/2u^{1/2},然后应用积分的幂法则来求得的。幂法则指出 ∫undu=un+1n+1\int u^n du = \frac{u^{n+1}}{n+1}。

适用条件:被积函数是 u\sqrt{u},等同于 u1/2u^{1/2}。;积分的幂法则适用。;对于实数值的平方根形式,u≥0u \ge 0。

掌握方法

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在定积分中使用 u-代换时,必须以 xx 表示的原始积分限必须转换为以 uu 表示的新积分限。这是通过将原始 xx 界限代入代换方程 u(x)u(x) 来完成的。

适用条件:积分是定积分。;正在使用代换 u=u(x)u = u(x)。;原始积分限是以 xx 给出的。

理解原因

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选择代换 u=1+94xu = 1 + \frac{9}{4}x 是因为它正是弧长积分 ∫032/91+94x dx\int_0^{32/9}\sqrt{1+\frac{9}{4}x}\,dx 中根号下的表达式。通过将 uu 设为这个内部表达式,复杂的被积函数简化为 u\sqrt{u},这使得使用幂法则进行积分变得容易得多。

适用条件:要计算的积分是 ∫032/91+94x dx\int_0^{32/9}\sqrt{1+\frac{9}{4}x}\,dx。;被积函数在平方根下包含一个复合表达式。