题目

用ANL-THM-033换元积分法计算下列积分:

  1. 凑微分(第一类):
  2. 三角代换(第二类):
  3. 三角代换:
  4. 倒代换:

分析

识别换元类型:

  • 第 1 题:被积函数中 是 的导数 ⇒ 凑微分
  • 第 2 题: 形式 ⇒ 三角代换 令
  • 第 3 题: 形式 ⇒ 三角代换 令
  • 第 4 题: 形式 + 因子 ⇒ 倒代换 (避免 代换的繁琐)

证明 / 解答

第 1 题:

解: 令 ,则 。直接代入:

第 2 题:

解: 令 ,,。

上下限:;。

化简被积函数:()。

代入:

用 :

几何验证: 是单位圆第一象限部分的面积 ✓

第 3 题:

解: 令 ,,。

第二种解法(直接由原函数表):,故 ✓ 本题展示了”反证”——通过换元法重新发现 为什么是 的原函数。

第 4 题:()

解(倒代换):令 ,,。

化简:

代入:

回代 :

检验:()✓

替代答案: 也可写作 。

关键技巧

  • 凑微分识别” 因子”:若被积函数包含 与 ,立即考虑
  • 三角代换的诱因:被积函数含 或
    形式代换三角恒等式
    (或倒代换)
  • 倒代换 的适用场景:被积函数含 因子且换元后简化(如第 4 题)
  • 回代检查:定积分直接换上下限;不定积分最后回代回原变量

变式

  • 变式 1:。提示:分子是分母的导数,凑微分
  • 变式 2:。提示:
  • 变式 3:。提示:,结果含反双曲函数
  • 变式 4:()。提示:,结果 (圆面积四分之一)

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