題目
Problem
3. If f(x)=∫0x2(1−t2)et2dt, on what interval(s) is f increasing? (10%)
解答
思路
展開
- 欲使函數 f(x) 遞增,需滿足其一階導數大於零,即 f′(x)>0。
- 根據微積分基本定理的第一形式與鏈鎖律:
dxd∫0g(x)h(t)dt=h(g(x))⋅g′(x)
在此處 g(x)=x2,h(t)=(1−t2)et2。
- 計算 f′(x),並解一元多項式不等式。
答題過程
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對 f(x) 求導:
f′(x)=(1−(x2)2)e(x2)2⋅dxd(x2)
=2x(1−x4)ex4
欲使函數 f(x) 遞增,令 f′(x)>0:
2x(1−x4)ex4>0
由於對任意實數 x,指數項 ex4>0 恆成立,故上式等價於:
x(1−x4)>0⟹x(1−x2)(1+x2)>0
因為 1+x2>0 恆為正,可進一步簡化為:
x(1−x2)>0⟹x(1−x)(1+x)>0
⟹x(x−1)(x+1)<0
利用數線劃分法,解此三次不等式:
- 根為 x=−1,0,1。
- 當 x<−1 時,三個括號均為負,乘積為負 ⟹ 滿足不等式。
- 當 0<x<1 時,兩個為正一個為負,乘積為負 ⟹ 滿足不等式。
因此, f′(x)>0 的區間為:
x∈(−∞,−1)∪(0,1)
結論:
f 的遞增區間為 (−∞,−1) 與 (0,1)。