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112 台綜大微積分(B) 第 1 題

考題 / 轉學考微積分 / 台綜大 / 微積分B

112學年度 · 112微積分B · 第 1 題

題目

Problem

  1. (1) Evaluate \displaystyle \lim_{x o 2} rac{x^2 + 5}{x^3 - 2x}. (5%)

    (2) Evaluate \displaystyle \int_{-1}^{1} \left( 6x^5 + 2x^2 ight) \mathrm{d}x. (5%)

解答

2.1 第一小題解答

思路

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  1. 本題要求極限 \lim_{x o 2} rac{x^2 + 5}{x^3 - 2x}
  2. 我們先將 x=2x = 2 直接代入分子與分母:
    • 分子: 22+5=9e02^2 + 5 = 9 e 0
    • 分母: 232(2)=84=4e02^3 - 2(2) = 8 - 4 = 4 e 0
  3. 因為此分式在 x=2x=2 處為連續函數且分母不為 0,所以此極限為確定型,直接代入即為所求。

答題過程

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直接代入 x=2x = 2 進行計算:

\lim_{x o 2} rac{x^2 + 5}{x^3 - 2x} = rac{2^2 + 5}{2^3 - 2(2)} = rac{4 + 5}{8 - 4} = rac{9}{4} \,.

2.2 第二小題解答

思路

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  1. 本題要求計算定積分 11(6x5+2x2)dx\int_{-1}^1 (6x^5 + 2x^2) \,\mathrm{d}x
  2. 注意到積分區間為 [1,1][-1, 1],是一個關於原點對稱的區間。這提示我們可以使用奇偶函數的積分對稱性質
    • 奇函數在對稱區間上的積分為 0。
    • 偶函數在對稱區間上的積分為兩倍的單側積分。
  3. 被積函數中, 6x56x^5 為奇函數, 2x22x^2 為偶函數。

答題過程

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利用定積分的線性性質,將積分分拆:

11(6x5+2x2)dx=116x5dx+112x2dx\int_{-1}^1 (6x^5 + 2x^2)\,\mathrm{d}x = \int_{-1}^1 6x^5\,\mathrm{d}x + \int_{-1}^1 2x^2\,\mathrm{d}x
  • 由於 g(x)=6x5g(x) = 6x^5 是奇函數(滿足 g(x)=g(x)g(-x) = -g(x)),且積分區間關於原點對稱,故: 116x5dx=0\int_{-1}^1 6x^5\,\mathrm{d}x = 0
  • 由於 h(x)=2x2h(x) = 2x^2 是偶函數(滿足 h(x)=h(x)h(-x) = h(x)),根據對稱性: 112x2dx=2012x2dx=4[x33]01=43\int_{-1}^1 2x^2\,\mathrm{d}x = 2 \int_0^1 2x^2\,\mathrm{d}x = 4 \left[ \frac{x^3}{3} \right]_0^1 = \frac{4}{3}

因此,定積分之值為:

11(6x5+2x2)dx=0+43=43.\int_{-1}^1 (6x^5 + 2x^2)\,\mathrm{d}x = 0 + \frac{4}{3} = \frac{4}{3} \,.