題目
Problem
5. Solve for the function f that satisfies
∫x4lntf(t2)dt=e(x−16)2−16x,x>1.
f(x)=(5).
解答
解法一
思路
展開
- 給定一個變限積分方程,我們需要解出裡面的未知函數 f(x)。
- 根據微積分基本定理(萊布尼茲法則),對等式兩側關於 x 求導:
- 左邊求導:
dxd[∫x4lntf(t2)dt]=0−lnxf((x)2)⋅dxd(x)=−21lnxf(x)⋅2x1=−xlnxf(x)
- 右邊求導:
dxd[e(x−16)2−16x]=e(x−16)2⋅2(x−16)−161
- 聯立兩側導函數並解出 f(x):
−xlnxf(x)=2(x−16)e(x−16)2−161⟹f(x)=−xlnx(2(x−16)e(x−16)2−161)
答題過程
展開
我們對方程兩側關於自變數 x 進行求導。
首先,對左側的變限積分式使用微積分基本定理與連鎖律:
dxd(∫x4lntf(t2)dt)=−ln(x)f((x)2)⋅dxd(x)
我們簡化各個代數項(在 x>1 的條件下):
- (x)2=x
- ln(x)=ln(x1/2)=21lnx
- dxd(x)=2x1
代回得左側導數:
−21lnxf(x)⋅2x1=−xlnxf(x)
接著,我們對等式右側關於 x 求導:
dxd(e(x−16)2−16x)=e(x−16)2⋅2(x−16)−161=2(x−16)e(x−16)2−161
令左右兩側求導結果相等:
−xlnxf(x)=2(x−16)e(x−16)2−161
我們將 −xlnx 移項至右側,解得函數 f(x):
f(x)=−xlnx(2(x−16)e(x−16)2−161)
結論:
(5) 處應填入 −xlnx(2(x−16)e(x−16)2−161)。