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104 台灣大學微積分(C) 第 8 題

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104學年度 · 104台大微積分C · 第 8 題

題目

8. (8%) ∫−10(∫−x1cos⁡(y3) dy)dx=\displaystyle\int_{-1}^0\left(\int_{\sqrt{-x}}^1 \cos(y^3)\,\mathrm{d}y\right)\mathrm{d}x= **__**。

解答

解法一

思路

  • 原本的積分次序使 cos⁡(y3)\cos(y^3) 不易對 yy 積分。
  • 先將區域改寫為先固定 yy:0≤y≤10\le y\le1 時,xx 從 −y2-y^2 到 00,便可先完成對 xx 的積分。

答題過程

展開

原區域為

−1≤x≤0,−x≤y≤1.-1\le x\le0,\qquad \sqrt{-x}\le y\le1.

由 y≥−xy\ge\sqrt{-x} 可得 x≥−y2x\ge-y^2,故交換積分次序後為

0≤y≤1,−y2≤x≤0.0\le y\le1,\qquad -y^2\le x\le0.

因此

∫−10(∫−x1cos⁡(y3) dy)dx= ∫01(∫−y20cos⁡(y3) dx)dy= ∫01y2cos⁡(y3) dy= 13sin⁡(y3)∣01.\begin{align*} \int_{-1}^0\left(\int_{\sqrt{-x}}^1\cos(y^3)\,\mathrm{d}y\right)\mathrm{d}x =&\,\int_0^1\left(\int_{-y^2}^0\cos(y^3)\,\mathrm{d}x\right)\mathrm{d}y\\[4mm] =&\,\int_0^1y^2\cos(y^3)\,\mathrm{d}y\\[4mm] =&\,\frac13\sin(y^3)\Big|_0^1. \end{align*}

故原積分為 13sin⁡1\boxed{\frac13\sin1}。