題目
Problem
一、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。
- Evaluate the integral ∫−14∣x∣dx.
解答
解法一:區間分割與瑕積分法
思路
展開
- 本題求定積分 ∫−14∣x∣dx。
- 被積函數在 x=0 處無定義且趨近於無窮大,因此這是一個瑕積分(Improper Integral),且 x=0 為瑕點。
- 我們必須將積分區間以 x=0 為界分割為兩部分:
∫−14∣x∣dx=∫−10−xdx+∫04xdx
- 第一部分 ∫−10−xdx:
- 定義為 t→0−lim∫−1t(−x)−1/2dx。
- 其原函數為 −2−x。代入限值計算。
- 第二部分 ∫04xdx:
- 定義為 s→0+lim∫s4x−1/2dx。
- 其原函數為 2x。代入限值計算。
- 將兩部分的值相加即為所求。
答題過程
展開
給定積分為:
I=∫−14∣x∣dx
由於被積函數 f(x)=∣x∣1 在 x=0 處趨於無窮大,故 x=0 為積分區間 [−1,4] 內的瑕點。我們將其拆分為兩個瑕積分計算:
I=I1+I2=∫−10∣x∣dx+∫04∣x∣dx
第一部分 I1
當 x∈[−1,0) 時, ∣x∣=−x。因此:
I1=∫−10−xdx=t→0−lim∫−1t(−x)−21dx
利用微積分基本定理,其原函數為 −2−x:
I1=t→0−lim[−2−x]−1t=t→0−lim(−2−t−(−2−(−1)))=0+2=2
第二部分 I2
當 x∈(0,4] 時, ∣x∣=x。因此:
I2=∫04xdx=s→0+lim∫s4x−21dx
其原函數為 2x:
I2=s→0+lim[2x]s4=s→0+lim(24−2s)=4−0=4
總和
將兩部分相加:
I=I1+I2=2+4=6
結論:
3. 填入 6。