Sử dụng phương pháp đổi biến số để tính tích phân
Kỳ thi ĐGNL ĐHQG Hồ Chí Minh
Cho tích phân I=π4∫06tanxcos2x√3tanx+1dx. Giả sử đặt u=√3tanx+1 thì ta được:
Đặt u=√3tanx+1⇒u2=3tanx+1⇔2udu=3cos2xdx⇒dxcos2x=2udu3
Và tanx=u2−13
Đổi cận: {x=0⇒u=1x=π4⇒u=2
Khi đó ta có: I=π4∫06tanxcos2x√3tanx+1dx⇒I=2∫12(u2−1)2udu3u=432∫1(u2−1)du
Tính tích phân I=π2∫0(1−cosx)nsinxdx bằng:
Đặt t=1−cosx⇒dt=sinxdx
Đổi cận: {x=0⇒t=0x=π2⇒t=1
Khi đó I=1∫0tndt=tn+1n+1|10=1n+1
Biết π2∫03sinx+cosx2sinx+3cosxdx=−713ln2+bln3+cπ(b,c∈Q). Tính bc.
Ta có 3sinx+cosx=A(2sinx+3cosx)+B(2cosx−3sinx)
⇔3sinx+cosx=(2A−3B)sinx+(3A+2B)cosx⇔{2A−3B=33A+2B=1⇔{A=913B=−713
Nên 3sinx+cosx=913(2sinx+3cosx)−713(2cosx−3sinx)
Từ đó ta có
π2∫03sinx+cosx2sinx+3cosxdx=π2∫0913(2sinx+3cosx)−713(2cosx−3sinx)2sinx+3cosxdx==913π2∫0dx−713π2∫02cosx−3sinx2sinx+3cosxdx=9π26−713π2∫012sinx+3cosxd(2sinx+3cosx)=9π26−713ln|2sinx+3cosx||π20=9π26−713ln2+713ln3
Suy ra b=713;c=926⇒bc=149.
Cho hàm số f(x) liên tục trên R và có ∫10f(x)dx=3∫30f(x)dx=6. Giá trị của ∫1−1f(|2x−1|)dx bằng:
Ta có 1∫−1f(|2x−1|)dx=12∫−1f(1−2x)dx+1∫12f(2x−1)dx
⇒I=−1212∫−1f(1−2x)d(1−2x)+121∫12f(2x−1)d(2x−1)
⇔I=−120∫3f(t)dt+121∫0f(t)dt⇔I=123∫0f(t)dt+121∫0f(t)dt=12(2+6)=4
Cho f(x) liên tục trên R thỏa mãn f(x)=f(2020−x) và 2017∫3f(x)dx=4. Khi đó 2017∫3xf(x)dx bằng:
Xét tích phân 2017∫3xf(x)dx.
Đặt x=2020−t⇒dx=−dt.
Đổi cận: {x=3⇒t=2017x=2017⇒t=3 , khi đó ta có:
2017∫3xf(x)dx=−3∫2017(2020−t)f(2020−t)dt=2017∫3(2020−x)f(2020−x)dx=2017∫3(2020−x)f(x)dx=20202017∫3f(x)dx−2017∫3xf(x)dx⇔22017∫3xf(x)dx=20202017∫3f(x)dx⇔2017∫3xf(x)dx=1010.4⇔2017∫3xf(x)dx=4040
Cho hàm số f(x) liên tục trên R và 9∫1f(√x)√xdx=4,π2∫0f(sinx)cosxdx=2. Tính tích phân I=3∫0f(x)dx.
Xét tích phân 9∫1f(√x)√xdx=4.
Đặt t=√x⇒t2=x⇒2tdt=dx.
Đổi cận: {x=1⇒t=1x=9⇒t=3.
Khi đó ta có: 9∫1f(√x)√xdx=3∫1f(t)2tdtt=23∫1f(t)dt=23∫1f(x)dx.
⇒23∫1f(x)dx=4⇔3∫1f(x)dx=2.
Xét tích phân π2∫0f(sinx)cosxdx=2.
Đặt u=sinx⇒du=cosxdx.
Đổi cận: {x=0⇒u=0x=π2⇒u=1.
Khi đó ta có: π2∫0f(sinx)cosxdx=1∫0f(u)du=1∫0f(x)dx=2.
Vậy I=3∫0f(x)dx=1∫0f(x)dx+3∫1f(x)dx=2+2=4.
Cho 1∫0f(x)dx=1. Tính π4∫0(2sin2x−1)f(sin2x)dx.
Đặt t=sin2x⇒dt=2cos2xdx ⇒−12dt=(2sin2x−1)dx
Đổi cận: {x=0⇒t=0x=π4⇒t=1.
⇒I=π4∫0(2sin2x−1)f(sin2x)dx=−121∫0f(t)dt=−12.1=−12.
Cho hàm số f(x) liên tục trên [−1;2]và thỏa mãn điều kiện f(x)=√x+2+xf(3−x2). Tính tích phân I=2∫−1f(x)dx.
Ta có
f(x)=√x+2+xf(3−x2)⇒I=2∫−1f(x)dx=2∫−1√x+2dx+2∫−1xf(3−x2)dx⇒I=I1+I2
Xét tích phân I1=2∫−1√x+2dx.
Đặt t=√x+2 ⇒t2=x+2⇒2tdt=dx.
Đổi cận: {x=−1⇒t=1x=2⇒t=2.
⇒I1=2∫1t.2tdt=22∫1t2dt=2t33|21=143.
Xét tích phân I2=2∫−1xf(3−x2)dx.
Đặt u=3−x2⇒du=−2xdx ⇒xdx=−12du.
Đổi cận: {x=1⇒u=2x=2⇒u=−1.
⇒I2=−1∫2−12f(u)du=122∫−1f(x)dx=12I.
Vậy I=143+12I⇔12I=143⇔I=283.
Cho hàm số f(x) liên tục trên R thỏa mãn điều kiện x.f(x3)+f(x2−1)=ex2, ∀x∈R. Khi đó giá trị của 0∫−1f(x)dx là:
Ta có: x.f\left( {{x^3}} \right) + f\left( {{x^2} - 1} \right) = {e^{{x^2}}} \Leftrightarrow {x^2}.f\left( {{x^3}} \right) + xf\left( {{x^2} - 1} \right) = x{e^{{x^2}}}.
Lấy tích phân tư -1 đến 0 hai vế phương trình ta có:
\int\limits_{ - 1}^0 {{x^2}.f\left( {{x^3}} \right)dx} + \int\limits_{ - 1}^0 {xf\left( {{x^2} - 1} \right)dx} = \int\limits_{ - 1}^0 {x{e^{{x^2}}}dx} \,\,\left( * \right).
Xét {I_1} = \int\limits_{ - 1}^0 {{x^2}.f\left( {{x^3}} \right)dx} .
Đặt t = {x^3} \Rightarrow dt = 3{x^2}dx \Rightarrow {x^2}dx = \dfrac{{dt}}{3}.
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = - 1 \Rightarrow t = - 1\\x = 0 \Rightarrow t = 0\end{array} \right., khi đó ta có: {I_1} = \dfrac{1}{3}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( t \right)dt} = \dfrac{1}{3}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} .
Xét {I_2} = \int\limits_{ - 1}^0 {xf\left( {{x^2} - 1} \right)dx} .
Đặt u = {x^2} - 1 \Rightarrow du = 2xdx \Rightarrow xdx = \dfrac{1}{2}du.
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = - 1 \Rightarrow u = 0\\x = 0 \Rightarrow u = - 1\end{array} \right., khi đó ta có {I_2} = \dfrac{1}{2}\int\limits_0^{ - 1} {f\left( u \right)du} = - \dfrac{1}{2}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} .
Xét {I_3} = \int\limits_{ - 1}^0 {x{e^{{x^2}}}dx}
Đặt v = {x^2} \Rightarrow dv = 2xdx \Rightarrow xdx = \dfrac{1}{2}dv.
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = - 1 \Rightarrow v = 1\\x = 0 \Rightarrow v = 0\end{array} \right., khi đó ta có {I_3} = \dfrac{1}{2}\int\limits_1^0 {{e^v}dv} = \dfrac{1}{2}\left. {{e^v}} \right|_1^0 = \dfrac{1}{2} - \dfrac{e}{2} = \dfrac{{1 - e}}{2}.
Thay tất cả vào (*) ta có:
\begin{array}{l}\dfrac{1}{3}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} - \dfrac{1}{2}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} = \dfrac{{1 - e}}{2}\\ \Leftrightarrow - \dfrac{1}{6}\int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} = \dfrac{{1 - e}}{2}\\ \Leftrightarrow \int\limits_{ - 1}^0 {f\left( x \right)dx} = 3\left( {e - 1} \right)\end{array}
Cho hàm số f\left( x \right) liên tục trên đoạn \left[ {0;1} \right] và \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {f\left( {\sin x} \right)} dx = 5. Tính I = \int\limits_0^\pi {xf\left( {\sin x} \right)} dx.
Ta có: I = \int\limits_0^\pi {xf\left( {\sin x} \right)dx} = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {xf\left( {\sin x} \right)dx} + \int\limits_{\frac{\pi }{2}}^\pi {xf\left( {\sin x} \right)dx}
Xét {I_1} = \int\limits_{\frac{\pi }{2}}^\pi {xf\left( {\sin x} \right)dx} , đặt t = \pi - x \Rightarrow dt = - dx.
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = \dfrac{\pi }{2} \Rightarrow t = \dfrac{\pi }{2}\\x = \pi \Rightarrow t = 0\end{array} \right..
Khi đó ta có:
\begin{array}{l}{I_1} = - \int\limits_{\frac{\pi }{2}}^0 {\left( {\pi - t} \right)f\left( {\sin \left( {\pi - t} \right)} \right)\,} dt\\\,\,\,\,\,\, = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {\left( {\pi - t} \right)f\left( {\sin t} \right)\,} dt\\\,\,\,\,\,\, = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {\left( {\pi - x} \right)f\left( {\sin x} \right)\,} dx\\\,\,\,\,\,\, = \pi \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {f\left( {\sin x} \right)\,} dx - \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {xf\left( {\sin x} \right)\,} dx\end{array}
\begin{array}{l} \Rightarrow I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {xf\left( {\sin x} \right)dx} + \pi \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {f\left( {\sin x} \right)\,} dx - \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {xf\left( {\sin x} \right)\,} dx\\ \Rightarrow I = \pi \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {f\left( {\sin x} \right)\,} dx = 5\pi .\end{array}.
Biết \int\limits_{0}^{1}{\frac{\pi {{x}^{3}}+{{2}^{x}}+\text{e}{{x}^{3}}{{.2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\frac{1}{m}+\frac{1}{\text{e}\ln n}\ln \left( p+\frac{\text{e}}{\text{e}+\pi } \right) với m, n, p là các số nguyên dương. Tính tổng S=m+n+p.
Ta có \int\limits_{0}^{1}{\frac{\pi {{x}^{3}}+{{2}^{x}}+\text{e}{{x}^{3}}{{.2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\int\limits_{0}^{1}{\left( {{x}^{3}}+\frac{{{2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}} \right)\text{d}x} =\left. \frac{{{x}^{4}}}{4} \right|_{0}^{1}+\int\limits_{0}^{1}{\frac{{{2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\frac{1}{4}+\int\limits_{0}^{1}{\frac{{{2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\frac{1}{4}+J.
Tính J=\int\limits_{0}^{1}{\frac{{{2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}.
Đặt \pi +\text{e}{{.2}^{x}}=t\Rightarrow \text{e}{{.2}^{x}}\ln 2\text{d}x=\text{d}t\Leftrightarrow {{2}^{x}}\text{d}x=\frac{1}{\text{e}.\ln 2}\text{d}t.
Đổi cận: Khi x=0 thì t=\pi +\text{e}; khi x=1 thì t=\pi +2\text{e}.
Khi đó J=\int\limits_{0}^{1}{\frac{{{2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\frac{1}{\text{e}\ln 2}\int\limits_{\pi +\text{e}}^{\pi +2\text{e}}{\frac{1}{t}\text{d}t}=\frac{1}{\text{e}\ln 2}\left. \ln \left| t \right| \right|_{\pi +\text{e}}^{\pi +2\text{e}}=\frac{1}{\text{e}\ln 2}\ln \left( 1+\frac{\text{e}}{\text{e}+\pi } \right).
Suy ra \int\limits_{0}^{1}{\frac{\pi {{x}^{3}}+{{2}^{x}}+\text{e}{{x}^{3}}{{.2}^{x}}}{\pi +\text{e}{{.2}^{x}}}\text{d}x}=\frac{1}{4}+\frac{1}{\text{e}\ln 2}\ln \left( 1+\frac{\text{e}}{\text{e}+\pi } \right)\Rightarrow m=4, n=2, p=1.
Vậy S=7.
Cho tích phân I = \int\limits_1^{\sqrt 3 } {\dfrac{{\sqrt {1 + {x^2}} }}{{{x^2}}}dx} . Nếu đổi biến số t = \dfrac{{\sqrt {{x^2} + 1} }}{x} thì:
Đặt
\begin{array}{l}t = \dfrac{{\sqrt {{x^2} + 1} }}{x} \Leftrightarrow {t^2} = \dfrac{{{x^2} + 1}}{{{x^2}}} = 1 + \dfrac{1}{{{x^2}}}\\ \Rightarrow 2tdt = - \dfrac{2}{{{x^3}}}dx \Rightarrow tdt = - \dfrac{{dx}}{{{x^3}}}\end{array}
Và {t^2}{x^2} = {x^2} + 1 \Rightarrow {x^2}\left( {{t^2} - 1} \right) = 1 \Leftrightarrow {x^2} = \dfrac{1}{{{t^2} - 1}} \Rightarrow \dfrac{{dx}}{x} = - \dfrac{t}{{{t^2} - 1}}dt
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = 1 \Rightarrow t = \sqrt 2 \\x = \sqrt 3 \Rightarrow t = \dfrac{2}{{\sqrt 3 }}\end{array} \right.
Khi đó ta có: I = - \int\limits_{\sqrt 2 }^{\dfrac{2}{{\sqrt 3 }}} {\dfrac{{{t^2}}}{{{t^2} - 1}}dt}
Với mỗi số k, đặt {I_k} = \int\limits_{ - \sqrt k }^{\sqrt k } {\sqrt {k - {x^2}} dx} . Khi đó {I_1} + {I_2} + {I_3} + ... + {I_{12}} bằng:
Đặt x = \sqrt k \sin t \Rightarrow dx = \sqrt k \cos tdt.
Đổi cận: \left\{ \begin{array}{l}x = - \sqrt k \Leftrightarrow \sin t = - 1 \Leftrightarrow t = - \dfrac{\pi }{2}\\x = \sqrt k \Leftrightarrow \sin t = 1 \Leftrightarrow t = \dfrac{\pi }{2}\end{array} \right..
Khi đó ta có
\begin{array}{l}{I_k} = \int\limits_{ - \dfrac{\pi }{2}}^{\dfrac{\pi }{2}} {\sqrt {k - k{{\sin }^2}t} .\sqrt k \cos tdt} \\{I_k} = \int\limits_{ - \dfrac{\pi }{2}}^{\dfrac{\pi }{2}} {k{{\cos }^2}tdt} \\{I_k} = k\int\limits_{ - \dfrac{\pi }{2}}^{\dfrac{\pi }{2}} {\dfrac{{1 + \cos 2t}}{2}dt} \\{I_k} = \dfrac{k}{2}\left. {\left( {t + \dfrac{1}{2}\sin 2t} \right)} \right|_{ - \dfrac{\pi }{2}}^{\dfrac{\pi }{2}}\\{I_k} = \dfrac{k}{2}\left( {\dfrac{\pi }{2} + \dfrac{1}{2}\sin \pi + \dfrac{\pi }{2} - \dfrac{1}{2}\sin \left( { - \pi } \right)} \right)\\{I_k} = \dfrac{k}{2}.\pi = \dfrac{{k\pi }}{2}\end{array}
\begin{array}{l} \Rightarrow {I_1} + {I_2} + {I_3} + ... + {I_{12}}\\ = \dfrac{\pi }{2}\left( {1 + 2 + 3 + ... + 12} \right)\\ = \dfrac{\pi }{2}.\dfrac{{12.13}}{2} = 39\pi \end{array}