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关于「x^3√(1+x^4) 的原函数是什么?」

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掌握方法

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要计算该定积分,令 x=1+eux = 1 + e^u,则 dx=eududx = e^u du。将积分限从 u=0u=0 和 u=ln⁡2u=\ln 2 转换为 x=2x=2 和 x=3x=3。

适用条件:积分是定积分,限为 u=0u=0 到 u=ln⁡2u=\ln 2。;被积函数是 eu1+eue^u \sqrt{1+e^u}。;使用换元 x=1+eux = 1 + e^u。

理解原因

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因子 x3x^3 与 1+x4\sqrt{1+x^4} 分组,因为内部函数 1+x41+x^4 的导数是 4x34x^3。x3x^3 的存在使得表达式 x31+x4x^3\sqrt{1+x^4} 可以直接使用换元法积分,这是分部积分法的前提条件。

适用条件:被积函数是 x71+x4x^7\sqrt{1+x^4}。;方法涉及分部积分。;项 dvdv 必须是可积的。

认识概念

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三重积分的最终值是 32π3\frac{32\pi}{3}。这是通过评估从 z=0z=0 到 z=4z=4 的 π2z2\frac{\pi}{2}z^2 的外层积分获得的。

适用条件:立体区域由 z=x2+y2z=x^2+y^2 和 z=4z=4 界定。;被积函数是 x2+y2x^2+y^2。;计算遵循切片法,内层积分使用极坐标。

认识概念

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最终值是 23−4232\sqrt{3} - \frac{4\sqrt{2}}{3}。这是通过在转换后的限 x=3x=3 和 x=2x=2 处求值原函数 23x3/2\frac{2}{3}x^{3/2} 并相减得到的。

适用条件:积分是 ∫0ln⁡2eu1+eudu\int_0^{\ln 2} e^u \sqrt{1+e^u} du。;使用换元 x=1+eux = 1 + e^u。;积分限转换为 2 和 3。;原函数是 23x3/2\frac{2}{3}x^{3/2}。

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。

掌握方法

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该换元之所以有效,是因为 1+x41+x^4 的导数是 4x34x^3,这与被积函数 x31+x4x^3\sqrt{1+x^4} 中存在的 x3x^3 项相匹配。这使得积分可以转换为更简单的幂函数形式,从而能够计算分部积分步骤所需的原函数。

适用条件:要积分的项是 x31+x4x^3\sqrt{1+x^4}。;换元变量是 w=1+x4w = 1+x^4。;微分 dwdw 与 x3dxx^3 dx 成正比。

判断用途

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当被积函数可以拆分为两个因子的乘积,其中一个因子在微分时简化(用于分部积分),而另一个因子只能通过换元法积分时,就会结合使用这些技术。这通常发生在多项式乘以复合函数(如 axn+b\sqrt{ax^n+b})的情况。

适用条件:被积函数是两种不同类型函数的乘积。;一部分在微分时能很好地简化。;另一部分需要 u-换元才能找到其原函数。