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108 學年度台綜大微積分 C 第 3 題

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108學年度 · 108台綜大微積分C · 第 3 題

題目

3. (10 points) Compute the following integrals

(a) (5 points) ∫0π/2sin⁡2x2+cos⁡x dx\int_{0}^{\pi/2}\dfrac{\sin 2x}{2+\cos x}\,dx.

(b) (5 points) ∫12(ln⁡x)2x3 dx\int_{1}^{2}\dfrac{(\ln x)^2}{x^3}\,dx.

解答

解法一

(a) 令 u=cos⁡xu=\cos x,則 du=−sin⁡x dx\mathrm{d}u=-\sin x\,\mathrm{d}x:

∫0π/2sin⁡2x2+cos⁡x dx=∫012u2+u du=2−4ln⁡32.\int_0^{\pi/2}\frac{\sin2x}{2+\cos x}\,\mathrm{d}x =\int_0^1\frac{2u}{2+u}\,\mathrm{d}u =\boxed{2-4\ln\frac32}.

(b) 對 ∫(ln⁡x)2x−3 dx\int(\ln x)^2x^{-3}\,\mathrm{d}x 兩次分部積分,可得

∫(ln⁡x)2x3 dx=−(ln⁡x)22x2−ln⁡x2x2−14x2+C.\int\frac{(\ln x)^2}{x^3}\,\mathrm{d}x =-\frac{(\ln x)^2}{2x^2}-\frac{\ln x}{2x^2}-\frac1{4x^2}+C.

故所求值為

316−(ln⁡2)2+ln⁡28.\boxed{\frac3{16}-\frac{(\ln2)^2+\ln2}{8}}.