Skip to content
CalcGospel 微積分福音
返回

111 學年度台綜大微積分 B 第 4 題

考題 / 轉學考微積分 / 台綜大 / 微積分B

111學年度 · 111台綜大微積分B · 第 4 題

題目

Problem

4. Compute the integral 191x(1+x)2dx\int_1^9 \frac{1}{\sqrt{x}(1+\sqrt{x})^2}\,\mathrm{d}x. (10%)

解答

思路

展開
  1. 觀察被積函數,含有 x\sqrt{x} 與它的導數 12x\frac{1}{2\sqrt{x}}
  2. u=1+x    du=12xdx    1xdx=2duu = 1 + \sqrt{x} \implies \mathrm{d}u = \frac{1}{2\sqrt{x}}\,\mathrm{d}x \implies \frac{1}{\sqrt{x}}\,\mathrm{d}x = 2\,\mathrm{d}u
  3. 轉換積分範圍:
    • x=1    u=1+1=2x = 1 \implies u = 1 + 1 = 2
    • x=9    u=1+3=4x = 9 \implies u = 1 + 3 = 4
  4. 代入求值。

答題過程

展開

使用變數代換,令 u=1+xu = 1 + \sqrt{x}。 微分關係式為:

du=12xdx    1xdx=2du\mathrm{d}u = \frac{1}{2\sqrt{x}}\,\mathrm{d}x \implies \frac{1}{\sqrt{x}}\,\mathrm{d}x = 2\,\mathrm{d}u

積分範圍變更:

  • x=1    u=1+1=2x = 1 \implies u = 1 + \sqrt{1} = 2
  • x=9    u=1+9=4x = 9 \implies u = 1 + \sqrt{9} = 4

代回定積分:

191x(1+x)2dx=242u2du\int_1^9 \frac{1}{\sqrt{x}(1+\sqrt{x})^2}\,\mathrm{d}x = \int_2^4 \frac{2}{u^2}\,\mathrm{d}u =2[1u]24=2(14(12))= 2 \Big[ -\frac{1}{u} \Big]_2^4 = 2 \left( -\frac{1}{4} - \left(-\frac{1}{2}\right) \right) =2(14)=12= 2 \left( \frac{1}{4} \right) = \frac{1}{2}

結論: 積分值為 12\displaystyle \frac{1}{2}