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第9章 一元函数积分学的计算

基础部分​

  1. 计算下列不定积分

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

查看答案与解析

答案:

令 为任意常数,则

(1) ;

(2) ;

(3) ;

(4) ;

(5) ;

(6) ;

(7) ;

(8) ;

(9) ;

(10) ;

(11) ;

(12) ;

(13) ;

(14) ;

(15) ;

(16) ;

(17) ;

(18) ;

(19) ;

(20) 当 时,(在被积函数连续的区间上取相应分支);

(21) ;

(22) ;

(23) 令 ,则

(24) 将上式中的自变量替换为 ,即

,

其中 为第 (23) 问右端对应的原函数。

解析:

(1)、(2) 分别保留一个余弦因子或正弦因子,再利用 、 换元。

(3)、(4) 是正割函数的两个基本积分;第 (4) 问可采用分部积分,并利用 。

(5)、(6)、(9)、(10) 均先作平方差分解,再作部分分式分解。

(7)、(8)、(12) 是反三角函数型基本积分;(11)、(13) 是对数型根式积分。

(14) 与 类似,可分部积分得到。

(15) 至 (18) 使用 、 降幂。

(19) 令 。

(20) 令 ,则

,

从而化为 。

(21)、(22) 分别利用 和 。

(23) 采用万能代换 :

,

于是原积分化为

,

再按 、、 分类。

(24) 因 ,故直接归结为第 (23) 问。

  1. 计算不定积分 。
查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则 ,且

。

因此

,

代回即得答案。

  1. 计算不定积分 。
查看答案与解析

答案:

。

其中 。

解析:

因 ,有

。

对第一项令 ,并作分部积分:

。

再结合

,

即可得到结论。

  1. 计算不定积分 。
查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则

。

故原积分为

。

分部积分,取

,

得到

。

而

。

整理并利用 ,即得答案。

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

B。

解析:

令 ,则 ,,故

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

因为

,

所以

。

第一项为零,第二项为

,

故原积分为其相反数。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则

。

再令 ,上下限变为 与 ,于是

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

利用

,

代入 与 即得。

  1. 设连续函数 满足 ,,则
查看答案与解析

答案:

。

解析:

对函数方程在 上积分:

。

左端等于 ,右端分部积分得 。

  1. 设 ,则
查看答案与解析

答案:

。

解析:

由 得

。

故

。

令 ,上下限为 、,于是

。

  1. 若 是 的一个原函数,则

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

A。

解析:

“ 是 的一个原函数”意味着

。

故 ,从而

。

  1. 若函数 在 上连续,,则当 时, 是 的

A. 高阶无穷小

B. 低阶无穷小

C. 等价无穷小

D. 同阶但非等价无穷小

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答案:

A。

解析:

令 ,则

。

由连续性,。于是

,

故 是 的高阶无穷小。

  1. 设 在 的某邻域内连续,在 处可导,且 ,

则 在 处

A. 不连续

B. 连续但不可导

C. 可导但 在 处不连续

D. 可导且 在 处连续

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答案:

D。

解析:

记 。由 且 在 处可导,存在 ,使

。

于是

。

故 在 处连续且

。

当 时,

。

将 代入,有

。

因此 在 处连续。

  1. 若连续周期函数 (不恒为常数)对任何 恒有

,

则 的周期是

A.

B.

C.

D.

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答案:

是其必有周期;原题所给选项均不正确。

解析:

由原式将 替换为 ,得

,

即

。

再将 替换为 ,得

。

因此

,

所以 是 的周期。并且例如 满足题设且最小正周期为 ,说明不能把 当作一般周期。原题选项应有缺漏。

  1. 设 在 上是连续的偶函数,,

,

则在 上

A. 是奇函数

B. 是单调递减函数

C. 是偶函数

D. 是非奇非偶函数

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答案:

C。

解析:

计算

。

令 ,利用 ,得

。

故 为偶函数。

  1. 若 ,则

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

A。

解析:

对 求导,在 处有

。

两项分别为 与 ,故

。

  1. 若函数

,

则

A.

B.

C.

D.

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答案:

A。

解析:

由变上限积分求导,

。

在 的邻域内 ,故

,

。

代入 得 。

  1. 已知函数 ,则

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答案:

。

解析:

分部积分,取 ,。由于 ,有

。

令 ,,则

。

  1. 设连续函数 满足

,

则

查看答案与解析

答案:

。

解析:

对题设等式求导,得

。

令 ,则 ,从而

。

  1. 设

,

则

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答案:

。

解析:

令 ,则

。

利用贝塔函数递推公式

,

可得

。

因此

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

积分区间跨过 ,故分段:

。

第一项为

;

第二项为

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

被积函数为偶函数,故

。

  1. 设

,

且 ,则

A.

B.

C.

D.

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答案:

D。

解析:

当 时,,故 ;当 时,,故 ;在 处 ,单点不影响积分。

因此

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

令

。

由于 在 处有跳跃,原积分按广义积分处理:

。

注意

。

故

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

在 上,。被积函数为偶函数,因此

。

而

,

故得结论。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则

,

原积分化为

。

分部积分,取 ,,则 ,故

。

代入端点即得

。

  1. 若

,

则

查看答案与解析

答案:

。

解析:

记

。

对题设在 上积分,得

。

所以 ,代回即可。

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答案:

。

解析:

为奇函数;又

也是奇函数。因此被积函数为奇函数,在对称区间上的积分为零。

  1. 设

,

则

A.

B.

C.

D.

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答案:

D。

解析:

先计算

,

故 ,。于是

。

  1. 设

,

,

则

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

D。

解析:

由定义,

。

第一项令 ,得

。

第二个积分为 。因此

,

即

。

  1. 函数

的一个原函数为

A.

B.

C.

D.

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答案:

原题选项中的右支均有明显排版或抄录错误。一个正确的原函数是

解析:

当 时,

。

当 时,

。

要使其成为整个实轴上的原函数,还需在 连续。上式左右极限均为 ,故该分段函数符合要求。原题四个选项按现有文本均不满足右支求导条件。

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答案:

。

解析:

与第 26 题化简后的积分完全相同,分部积分即可得到结论。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则

。

其中

,

。

相减得 。

  1. 设 满足

,

则

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答案:

。

解析:

在 上,

,

故由 ,

。

于是交换积分次序:

,

即

。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

部分分式分解:

。

故

。

  1. 设 ,求 的表达式。
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答案:

在 上,

。

解析:

令 ,则 ,所以

。

因此

。

再令 ,则 ,故

。

代回 ,再把自变量写为 ,即得答案。

强化部分​

查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则

。

  1. 求 。
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答案:

。

解析:

作部分分式分解:

。

又

,

故逐项积分:

,

。

最后一项即为 。

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答案:

。

解析:

令 ,则 ,上下限变为 、:

。

  1. 设函数 满足方程

,

求 。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

将 换为 ,得到

。

联立两式解得

。

作除法与分解:

。

再写成

,

逐项积分即得所求。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

各积分区间首尾相接,因此

。

令 ,,记 ,则

。

因 ,得到答案。

  1. 已知 是连续的偶函数,且 ,则

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答案:

。

解析:

令 ,则

。

由于 为偶函数, 为奇函数,故

,

而

。

  1. 已知 连续,

,

,则

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答案:

。

解析:

令 ,则

。

在 上积分:

。

由已知 ,故所求为 。

  1. 设 ,求 。
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答案:

。

解析:

按 相对区间 的位置分类。

当 时,,故

。

当 时,

。

当 时,,故

。

因此

。

  1. 设 是以 为周期的连续函数,,

则

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

C。

解析:

积分区间内 ,故 。于是

。

  1. 已知 ,,则

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答案:

。

解析:

由 ,

。

交换积分次序:

。

令 ,得

。

再令 ,则

,

即为答案。

  1. 设 ,,且 ,则

查看答案与解析

答案:

。

解析:

由 且 ,得

。

因此

。

令 ,则

。

  1. 求 。
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答案:

。

解析:

将对称区间配对:

。

而

,

故

。

  1. 求 。
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答案:

。

解析:

部分分式分解:

。

逐项积分并代入 ,得到

。

  1. 设 为 上的连续可导函数,,且

,

求 。

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答案:

。

解析:

注意

,

且

。

积分得

。

由 得 。又因 ,取正平方根。

  1. 求 。
查看答案与解析

答案:

。

解析:

令 ,则 ,,原积分为

。

再令 ,上下限为 、,故

。

  1. 求 。
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答案:

。

解析:

令 ,则

。

故原积分化为

,

直接积分即得。

  1. 求 。
查看答案与解析

答案:

。

解析:

在 上,

;

在 上,

。

因此

,

。

  1. 设 为非负整数,则

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答案:

。

解析:

令 ,则 ,且 。于是

。

利用伽马积分

,

得到答案。

  1. 设

,

则

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

;原题选项均不正确。

解析:

当 时,

,

故

。

因此

。

按现有题干,四个选项均不匹配,应为原题选项或被积函数存在缺漏。

  1. 设 ,求积分

的最大值。

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答案:

最大值为

。

解析:

对 ,有

,

从而

。

所以 在 上为严格凸函数,最大值只能在端点取得。

计算

,

。

显然 ,故最大值如上。

  1. 设

,

求 ,并求 的最小值。

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答案:

且 。最小值为 ,在 处取得。

解析:

当 时,在 处分段:

。

故

。

当 时,,所以

,

从而 。在 内,导数在 由负变正,故该点为极小点,

。

  1. 设 ,

求

。

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答案:

解析:

当 时,,故

。

令 ,则

。

当 时,只有 即 时 非零,故

。

  1. 设

,

其在 的某邻域内与 互为反函数,则

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答案:

。

解析:

有 。记

,

则 ,,所以

。

又

,

故 。

反函数二阶导数公式为

。

取 ,得到

。

在 处的二次泰勒多项式为 ,求 。

查看答案与解析

答案:

。

解析:

当 且 时, 在区间上递增,因此

。

计算得

。

利用

,

可得

。

  1. 求 。
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答案:

。

解析:

令 。由于 ,,有

。

于是原积分化为

。

故

。

A.

B.

C.

D.

查看答案与解析

答案:

B。

解析:

令 ,则 ,,上下限为 与 。记

,

则 。因此

,

其中 ,故积分等于 。

  1. 设 满足

,且 。

(1) 求 的表达式;

(2) 计算 。

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答案:

(1) ;

(2) 。

解析:

令 ,则

。

积分得

。

由 ,即 ,得 ,所以

,

从而得到第 (1) 问。

对第 (2) 问,

。

令 ,则分母为 ,并利用对称区间消去奇函数项,化为

。

将分子拆为

,

再用

,

,

代入 并计算端点,得到

。

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答案:

。

解析:

记原积分为 。作代换 ,则

。

因此 ,故 。该广义积分在 与 两端均收敛,所以代换合法。