網友提問√(1-x^2)的定積分怎麼求,但他沒有說上下限,一般在區間[-1,1]上,即它的定義域上求這個定積分,當然,我們也可以用a,b表示上下限。
定積分的幾何意義其實是曲線y=√(1-x^2),x=a, x=b與x軸圍成的面積。而f(x)=√(1-x^2)是一個偶函數,它的圖像是關于y軸對稱的,因此我們可以隻探究第一象限内的情況,所以我們可以把下限設為0,求出第一象限上的積分,根據它的對稱性,就可以得到第二象限的積分,如果是對稱區間,則結果乘以2。
定積分是建立在不定積分的基礎上的,因此我們可以先求√(1-x^2)的不定積分∫√(1-x^2)dx. 求這個積分要用到第二換元法,就是記x=sint,這是因為函數f(x)=√(1-x^2)的定義域在[-1,1],所以才可以這樣換元。那麼就有dx=dsint=costdt, 而√(1-x^2)=√(1-(sint)^2)=cost.
這樣通過換元之後,積分就變成了∫(cost)^2dt. 然後利用cos2t=2(cost)^2-1,可以轉化得到(cost)^2=(cos2t 1)/2. 原積分就等于1/2 ∫(cos2t 1)dt. 其中∫(cos2t 1)dt=∫cos2tdt ∫dt. 這是積分的和的公式。
又∫dt=t=arcsinx C1;
∫cos2tdt=1/2 ∫cos2td2t=sin2t /2 C2=sintcost C2=sint√(1-(sint)^2) C2=x√(1-x^2) C2。
所以原積分=(arcsinx x√(1-x^2))/2 C.
假如要求函數在[-1,1]上的定積分,則隻需求函數在[0,1]上的定積分,結果等于(arcsin1-arcsin0)/2=π/4. 因此在[-1,1]上的定積分是π/2.
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