題目
Problem
3. Compute the integral ∫0pie−xsin(π−x)dx. (10%)
解答
思路
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- 利用三角誘導公式化簡: sin(π−x)=sinx。
- 原式簡化為 ∫0πe−xsinxdx。
- 此為典型的指數與三角函數相乘的積分,可使用兩次分部積分法(Integration by Parts),或直接使用常用積分公式:
∫eaxsinbxdx=a2+b2eax(asinbx−bcosbx)+C
在此 a=−1,b=1。
答題過程
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利用誘導公式:
sin(π−x)=sinx
故原積分為:
I=∫0πe−xsinxdx
使用分部積分公式 ∫udv=uv−∫vdu,令 u=sinx,v′=e−x⟹v=−e−x:
I=[−sinxe−x]0π−∫0π(−e−x)cosxdx
=0+∫0πe−xcosxdx
對第二項再次使用分部積分,令 u=cosx,v′=e−x⟹v=−e−x:
I=[−cosxe−x]0π−∫0π(−e−x)(−sinx)dx
=(−cosπe−π−(−cos0e0))−∫0πe−xsinxdx
=(e−π+1)−I
移項整理:
2I=e−π+1⟹I=2e−π+1
結論:
積分值為 2e−π+1。