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102 台灣大學微積分(B) 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

102學年度 · 102台大微積分B · 第 3 題

題目

Problem

一、單選題

  1. Which of the following integrals gives the length of the graph y=sin⁡(x)y=\sin(\sqrt{x}) between x=ax=a and x=bx=b, where 0<a<b0<a<b?

(A) ∫abx+cos⁡2(x) dx\int_a^b \sqrt{x+\cos^2(\sqrt{x})}\,\mathrm{d}x

(B) ∫ab1+cos⁡2(x) dx\int_a^b \sqrt{1+\cos^2(\sqrt{x})}\,\mathrm{d}x

(C) ∫absin⁡2(x)+14xcos⁡2(x) dx\int_a^b \sqrt{\sin^2(\sqrt{x})+\dfrac{1}{4x}\cos^2(\sqrt{x})}\,\mathrm{d}x

(D) ∫ab1+14xcos⁡2(x) dx\int_a^b \sqrt{1+\dfrac{1}{4x}\cos^2(\sqrt{x})}\,\mathrm{d}x

(E) ∫ab1+cos⁡2(x)4x dx\int_a^b \sqrt{\dfrac{1+\cos^2(\sqrt{x})}{4x}}\,\mathrm{d}x。

解答

解法一

思路

展開
  • 以 xx 為自變數的函數圖形,弧長公式是 ∫1+(y′)2 dx\int\sqrt{1+(y')^2}\,\mathrm{d}x。
  • 先用連鎖規則微分 sin⁡(x)\sin(\sqrt{x}),再代入公式比對選項。

答題過程

展開

弧長元素為 1+(y′)2 dx\sqrt{1+(y')^2}\,\mathrm{d}x。由連鎖規則,

y′=cos⁡(x)2x.y'=\frac{\cos(\sqrt{x})}{2\sqrt{x}}.

故所求積分為

∫ab1+cos⁡2(x)4x dx,\boxed{\int_a^b\sqrt{1+\frac{\cos^2(\sqrt{x})}{4x}}\,\mathrm{d}x},

選 (D)。