Sử dụng phương pháp đổi biến số để tính tích phân

Kỳ thi ĐGNL ĐHQG Hồ Chí Minh

Đổi lựa chọn

Câu 21 Trắc nghiệm

Cho tích phân I=π406tanxcos2x3tanx+1dx. Giả sử đặt u=3tanx+1 thì ta được:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: c
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: c
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: c

Đặt u=3tanx+1u2=3tanx+12udu=3cos2xdxdxcos2x=2udu3

tanx=u213

Đổi cận: {x=0u=1x=π4u=2

Khi đó ta có: I=π406tanxcos2x3tanx+1dxI=212(u21)2udu3u=4321(u21)du

Câu 22 Trắc nghiệm

Tính tích phân I=π20(1cosx)nsinxdx bằng:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: a
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: a
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: a

Đặt t=1cosxdt=sinxdx

Đổi cận: {x=0t=0x=π2t=1

Khi đó I=10tndt=tn+1n+1|10=1n+1

Câu 23 Trắc nghiệm

Biết π203sinx+cosx2sinx+3cosxdx=713ln2+bln3+cπ(b,cQ). Tính bc.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Ta có 3sinx+cosx=A(2sinx+3cosx)+B(2cosx3sinx)

    3sinx+cosx=(2A3B)sinx+(3A+2B)cosx{2A3B=33A+2B=1{A=913B=713

Nên 3sinx+cosx=913(2sinx+3cosx)713(2cosx3sinx)

Từ đó ta có

π203sinx+cosx2sinx+3cosxdx=π20913(2sinx+3cosx)713(2cosx3sinx)2sinx+3cosxdx==913π20dx713π202cosx3sinx2sinx+3cosxdx=9π26713π2012sinx+3cosxd(2sinx+3cosx)=9π26713ln|2sinx+3cosx||π20=9π26713ln2+713ln3

Suy ra b=713;c=926bc=149.

Câu 24 Trắc nghiệm

Cho hàm số f(x) liên tục trên R và có 10f(x)dx=330f(x)dx=6. Giá trị của 11f(|2x1|)dx bằng:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Ta có 11f(|2x1|)dx=121f(12x)dx+112f(2x1)dx

I=12121f(12x)d(12x)+12112f(2x1)d(2x1)

I=1203f(t)dt+1210f(t)dtI=1230f(t)dt+1210f(t)dt=12(2+6)=4

Câu 25 Trắc nghiệm

Cho f(x) liên tục trên R thỏa mãn f(x)=f(2020x)20173f(x)dx=4. Khi đó 20173xf(x)dx bằng:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Xét tích phân 20173xf(x)dx.

Đặt x=2020tdx=dt.

Đổi cận: {x=3t=2017x=2017t=3 , khi đó ta có:

20173xf(x)dx=32017(2020t)f(2020t)dt=20173(2020x)f(2020x)dx=20173(2020x)f(x)dx=202020173f(x)dx20173xf(x)dx220173xf(x)dx=202020173f(x)dx20173xf(x)dx=1010.420173xf(x)dx=4040

Câu 26 Trắc nghiệm

Cho hàm số f(x) liên tục trên R91f(x)xdx=4,π20f(sinx)cosxdx=2. Tính tích phân I=30f(x)dx.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Xét tích phân 91f(x)xdx=4.

Đặt t=xt2=x2tdt=dx.

Đổi cận: {x=1t=1x=9t=3.

Khi đó ta có: 91f(x)xdx=31f(t)2tdtt=231f(t)dt=231f(x)dx.

231f(x)dx=431f(x)dx=2.

Xét tích phân π20f(sinx)cosxdx=2.

Đặt u=sinxdu=cosxdx.

Đổi cận: {x=0u=0x=π2u=1.

Khi đó ta có: π20f(sinx)cosxdx=10f(u)du=10f(x)dx=2.

Vậy I=30f(x)dx=10f(x)dx+31f(x)dx=2+2=4.

Câu 27 Trắc nghiệm

Cho 10f(x)dx=1. Tính π40(2sin2x1)f(sin2x)dx.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Đặt t=sin2xdt=2cos2xdx 12dt=(2sin2x1)dx

Đổi cận: {x=0t=0x=π4t=1.

I=π40(2sin2x1)f(sin2x)dx=1210f(t)dt=12.1=12.

Câu 28 Trắc nghiệm

Cho hàm số f(x) liên tục trên [1;2]và thỏa mãn điều kiện f(x)=x+2+xf(3x2). Tính tích phân I=21f(x)dx.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: b
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: b
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: b

Ta có

f(x)=x+2+xf(3x2)I=21f(x)dx=21x+2dx+21xf(3x2)dxI=I1+I2

Xét tích phân I1=21x+2dx.

Đặt t=x+2 t2=x+22tdt=dx.

Đổi cận: {x=1t=1x=2t=2.

I1=21t.2tdt=221t2dt=2t33|21=143.

Xét tích phân I2=21xf(3x2)dx.

Đặt u=3x2du=2xdx xdx=12du.

Đổi cận: {x=1u=2x=2u=1.

I2=1212f(u)du=1221f(x)dx=12I.

Vậy I=143+12I12I=143I=283.

Câu 29 Trắc nghiệm

Cho hàm số f(x) liên tục trên R thỏa mãn điều kiện x.f(x3)+f(x21)=ex2, xR. Khi đó giá trị của 01f(x)dx là:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: d
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: d
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: d

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}

Câu 30 Trắc nghiệm

Cho hàm số f\left( x \right) liên tục trên đoạn \left[ {0;1} \right]\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.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: c
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: c
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: c

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}.

Câu 31 Trắc nghiệm

 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.

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: c
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: c
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: c

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.

Câu 32 Trắc nghiệm

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:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: a
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: a
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: a

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}

{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}

Câu 33 Trắc nghiệm

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:

Bạn đã chọn sai | Đáp án đúng: d
Bạn đã chọn đúng | Đáp án đúng: d
Bạn chưa làm câu này | Đáp án đúng: d

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}