题目
7.设f(2x-1)=(ln x)/(sqrt(x)),求int_(1)^7f(x)dx.
7.设$f(2x-1)=\frac{\ln x}{\sqrt{x}}$,求$\int_{1}^{7}f(x)dx$.
题目解答
答案
令 $x = 2t - 1$,则 $dx = 2dt$,当 $x = 1$ 时,$t = 1$;当 $x = 7$ 时,$t = 4$。代入得
$\int_{1}^{7} f(x) \, dx = 2 \int_{1}^{4} f(2t-1) \, dt = 2 \int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt.$
使用分部积分法,设 $u = \ln t$,$dv = \frac{1}{\sqrt{t}} \, dt$,则 $du = \frac{1}{t} \, dt$,$v = 2\sqrt{t}$。
$\int \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = 2\sqrt{t} \ln t - 4\sqrt{t},$
计算得
$\int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = (4\ln 4 - 8) - (0 - 4) = 4\ln 4 - 4 = 8\ln 2 - 4.$
因此,
$2 \int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = 2(8\ln 2 - 4) = 16\ln 2 - 8.$
答案: $\boxed{16\ln 2 - 8}$
解析
本题主要考查定积分的换元法以及分部积分法的应用。解题的关键思路是先通过换元法将被积函数$f(x)$转化为已知形式$f(2t - 1)$,然后再利用分部积分法计算定积分。
- 换元:
令$x = 2t - 1$,对$x$求微分可得$dx = 2dt$。
确定积分上下限:当$x = 1$时,代入$x = 2t - 1$,可得$1 = 2t - 1$,解方程$2t=2$,解得$t = 1$;当$x = 7$时,代入$x = 2t - 1$,可得$7 = 2t - 1$,解方程$2t = 8$,解得$t = 4$。
将$x = 2t - 1$,$dx = 2dt$以及新的积分上下限代入$\int_{1}^{7} f(x) \, dx$,得到$\int_{1}^{7} f(x) \, dx = 2 \int_{1}^{4} f(2t - 1) \, dt$。
已知$f(2x - 1)=\frac{\ln x}{\sqrt{x}}$,则$f(2t - 1)=\frac{\ln t}{\sqrt{t}}$,所以$2 \int_{1}^{4} f(2t - 1) \, dt = 2 \int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt$。 - 使用分部积分法计算$\int \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt$:
设$u = \ln t$,$dv = \frac{1}{\sqrt{t}} \, dt$。
对$u$求微分:$du = \frac{1}{t} \, dt$。
对$dv$积分:$v = \int \frac{1}{\sqrt{t}} \, dt=\int t^{-\frac{1}{2}}dt$,根据幂函数积分公式$\int x^n dx=\frac{x^{n + 1}}{n + 1}+C(n\neq -1)$,可得$v = \frac{t^{-\frac{1}{2}+1}}{-\frac{1}{2}+1}+C = 2t^{\frac{1}{2}}+C = 2\sqrt{t}+C$,这里取$C = 0$,即$v = 2\sqrt{t}$。
根据分部积分公式$\int u \, dv = uv - \int v \, du$,可得:
$\int \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = 2\sqrt{t} \ln t - \int 2\sqrt{t} \cdot \frac{1}{t} \, dt = 2\sqrt{t} \ln t - 2\int t^{-\frac{1}{2}}dt$。
再根据幂函数积分公式计算$\int t^{-\frac{1}{2}}dt = 2t^{\frac{1}{2}}+C$,所以$\int \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = 2\sqrt{t} \ln t - 2\times 2\sqrt{t}+C = 2\sqrt{t} \ln t - 4\sqrt{t}+C$。 - 计算定积分$\int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt$:
$\int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = \left[2\sqrt{t} \ln t - 4\sqrt{t}\right]_{1}^{4}$
$=(2\sqrt{4} \ln 4 - 4\sqrt{4}) - (2\sqrt{1} \ln 1 - 4\sqrt{1})$
因为$\ln 1 = 0$,$\sqrt{4}=2$,$\sqrt{1}=1$,所以$(2\sqrt{4} \ln 4 - 4\sqrt{4}) - (2\sqrt{1} \ln 1 - 4\sqrt{1})=(4\ln 4 - 8) - (0 - 4)= 4\ln 4 - 4$。
又因为$\ln 4 = \ln 2^2 = 2\ln 2$,所以$4\ln 4 - 4 = 4\times 2\ln 2 - 4 = 8\ln 2 - 4$。 - 计算最终结果:
$2 \int_{1}^{4} \frac{\ln t}{\sqrt{t}} \, dt = 2(8\ln 2 - 4)= 16\ln 2 - 8$。