已知 f(x)=int_(1)^x e^t^(2) dt,则 int_(0)^1 f(x) dx= _________.
已知 $f(x)=\int_{1}^{x} e^{t^{2}} dt$,则 $\int_{0}^{1} f(x) dx=$ _________.
题目解答
答案
设 $ f(x) = \int_{1}^{x} e^{t^2} \, dt $,则 $ f'(x) = e^{x^2} $。
利用分部积分法,令 $ u = f(x) $,$ dv = dx $,则 $ du = f'(x) \, dx $,$ v = x $。
$\int_{0}^{1} f(x) \, dx = \left[ x f(x) \right]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} x f'(x) \, dx$
由于 $ f(1) = 0 $,故 $ \left[ x f(x) \right]_{0}^{1} = 0 $,积分简化为:
$\int_{0}^{1} f(x) \, dx = - \int_{0}^{1} x e^{x^2} \, dx$
令 $ u = x^2 $,则 $ du = 2x \, dx $,当 $ x = 0 $ 时 $ u = 0 $,当 $ x = 1 $ 时 $ u = 1 $,代入得:
$\int_{0}^{1} x e^{x^2} \, dx = \frac{1}{2} \int_{0}^{1} e^u \, du = \frac{1}{2} (e - 1)$
因此,原积分值为:
$\int_{0}^{1} f(x) \, dx = -\frac{1}{2} (e - 1) = \frac{1 - e}{2}$
答案: $\boxed{\frac{1 - e}{2}}$
解析
本题主要考查变上限积分求导以及分部积分法的应用。解题的关键思路是先根据变上限积分求导法则求出$f(x)$的导数,再利用分部积分法将$\int_{0}^{1} f(x) dx$进行转化,最后通过换元法计算定积分。
- 求$f(x)$的导数:
已知$f(x)=\int_{1}^{x} e^{t^{2}} dt$,根据变上限积分求导法则:若$F(x)=\int_{a}^{x}g(t)dt$,则$F^\prime(x)=g(x)$,可得$f^\prime(x)=e^{x^{2}}$。 - 使用分部积分法:
对于$\int_{0}^{1} f(x) dx$,令$u = f(x)$,$dv = dx$。
根据求导公式$(uv)^\prime=u^\prime v + uv^\prime$,可得$du = f^\prime(x) dx$,$v = x$。
由分部积分公式$\int_{a}^{b}u\mathrm{d}v=uv|_{a}^{b}-\int_{a}^{b}v\mathrm{d}u$,则$\int_{0}^{1} f(x) dx = \left[ x f(x) \right]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} x f^\prime(x) dx$。 - 计算$\left[ x f(x) \right]_{0}^{1}$:
将$x = 1$和$x = 0$代入$x f(x)$,因为$f(1)=\int_{1}^{1} e^{t^{2}} dt = 0$,所以$\left[ x f(x) \right]_{0}^{1}=1\times f(1)-0\times f(0)=0$。
那么$\int_{0}^{1} f(x) dx = - \int_{0}^{1} x f^\prime(x) dx$,又因为$f^\prime(x)=e^{x^{2}}$,所以$\int_{0}^{1} f(x) dx = - \int_{0}^{1} x e^{x^{2}} dx$。 - 换元法计算$\int_{0}^{1} x e^{x^{2}} dx$:
令$u = x^2$,对$u$求导,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$du = 2x dx$,即$x dx=\frac{1}{2}du$。
当$x = 0$时,$u = 0^2 = 0$;当$x = 1$时,$u = 1^2 = 1$。
将$x dx=\frac{1}{2}du$以及积分上下限代入$\int_{0}^{1} x e^{x^{2}} dx$,可得:
$\int_{0}^{1} x e^{x^{2}} dx = \frac{1}{2} \int_{0}^{1} e^u du$
根据积分公式$\int e^x dx = e^x + C$,则$\frac{1}{2} \int_{0}^{1} e^u du=\frac{1}{2}(e^u|_{0}^{1})=\frac{1}{2}(e^1 - e^0)=\frac{1}{2}(e - 1)$。 - 计算最终结果:
因为$\int_{0}^{1} f(x) dx = - \int_{0}^{1} x e^{x^{2}} dx$,所以$\int_{0}^{1} f(x) dx = -\frac{1}{2} (e - 1) = \frac{1 - e}{2}$。