題目
Problem
甲、填充題:共8題,每題8分,共64分。請在答案卷上列出題號依序作答。
- Evaluate the integral:
∫0ln17ex+15exex−1dx.
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求計算定積分 ∫0ln17ex+15exex−1dx。
- 被積函數包含根式 ex−1,且分子正好有 exdx。這強烈提示我們可以使用代換積分法 (Substitution Method)。
- 第一步:選取代換變數:
- 令 u2=ex−1⟹2udu=exdx。
- 將分母 ex+15 表示為: ex+15=(u2+1)+15=u2+16。
- 第二步:更換積分上下限:
- 當 x=0 時: u2=e0−1=0⟹u=0。
- 當 x=ln17 時: u2=eln17−1=17−1=16⟹u=4。
- 第三步:代入積分式並化簡:
∫04u2+16u⋅2udu=2∫04u2+16u2du
=2∫04(1−u2+1616)du
- 第四步:利用常用積分公式求解:
- 我們知道 ∫u2+a21du=a1tan−1(au)+C。
- 代入計算即可。
答題過程
展開
我們採用換元積分法,令:
u=ex−1⟹u2=ex−1⟹2udu=exdx
同時,分母可表示為:
ex+15=(u2+1)+15=u2+16
變更積分界限:
- 當 x=0 時, u=e0−1=0。
- 當 x=ln17 時, u=eln17−1=17−1=4。
將其代回積分式:
I====∫04u2+16u⋅2udu2∫04u2+16u2du2∫04(u2+16u2+16−16)du2∫04(1−u2+1616)du
分開計算積分:
I===2[u−16⋅41tan−1(4u)]042[u−4tan−1(4u)]042((4−4tan−1(1))−(0−4tan−1(0)))
已知 tan−1(1)=4π 且 tan−1(0)=0:
I=2(4−4(4π))=2(4−π)=8−2π
結論:
3. 填入 8−2π。