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94 台灣大學微積分(B) 第 5 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

94學年度 · 94台大微積分B · 第 5 題

題目

5. 求定積分

∫24x2−4x dx。\int_2^4 \frac{\sqrt{x^2-4}}{x}\,dx。

解答

解法一

思路

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  • 根式 x2−22\sqrt{x^2-2^2} 適合令 x=2sec⁡θx=2\sec\theta。
  • 代換後被積分式化成容易積分的 tan⁡2θ\tan^2\theta。

答題過程

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令 x=2sec⁡θx=2\sec\theta,則 x2−4=2tan⁡θ\sqrt{x^2-4}=2\tan\theta、dx=2sec⁡θtan⁡θ dθ\mathrm{d}x=2\sec\theta\tan\theta\,\mathrm{d}\theta。上下限對應 00、π3\frac\pi3,故

∫24x2−4x dx= ∫0π/32tan⁡2θ dθ= 2[tan⁡θ−θ]0π/3=23−2π3.\begin{align*} \int_2^4\frac{\sqrt{x^2-4}}x\,\mathrm{d}x =&\,\int_0^{\pi/3}2\tan^2\theta\,\mathrm{d}\theta\\[4mm] =&\,2\bigl[\tan\theta-\theta\bigr]_0^{\pi/3} =\boxed{2\sqrt3-\frac{2\pi}{3}}. \end{align*}