Cho hàm số \(y = f\left( x \right)\) có đạo hàm \(f'\left( x \right)\) liên tục trên \(\mathbb{R}\) và thỏa mãn các điều kiện \(f\left( x \right) > 0,\,\forall x \in \mathbb{R},\,f\left( 0 \right) = 1\) và \(f'\left( x \right) = - 4{x^3}{\left( {f\left( x \right)} \right)^2},\,\forall x \in \mathbb{R}\). Tính \(I = \int\limits_0^1 {{x^3}.f\left( x \right)\,} dx\).
Trả lời bởi giáo viên
Do \(f\left( x \right) > 0,\,\forall x \in \mathbb{R}\) nên \(f'\left( x \right) = - 4{x^3}{\left( {f\left( x \right)} \right)^2},\,\forall x \in \mathbb{R} \)\(\Leftrightarrow \dfrac{{f'\left( x \right)}}{{{{\left( {f\left( x \right)} \right)}^2}}} = - 4{x^3},\,\forall x \in \mathbb{R}\).
\( \Rightarrow \int {\dfrac{{f'\left( x \right)}}{{{{\left( {f\left( x \right)} \right)}^2}}}} dx = \int {\left( { - 4{x^3}} \right)dx \Leftrightarrow - \dfrac{1}{{f\left( x \right)}}} \)\(= - {x^4} + C \Rightarrow f\left( x \right) = \dfrac{1}{{{x^4} - C}}\).
Mà \(f\left( 0 \right) = 1 \Rightarrow \dfrac{1}{-C} = 1 \Leftrightarrow C =- 1\)\( \Rightarrow \)\(f\left( x \right) = \dfrac{1}{{{x^4} + 1}}\).
Khi đó, \(I = \int\limits_0^1 {{x^3}.f\left( x \right)\,} dx = \int\limits_0^1 {\dfrac{{{x^3}}}{{{x^4} + 1}}\,} dx\)\( = \dfrac{1}{4}\int\limits_0^1 {\dfrac{{d\left( {{x^4} + 1} \right)}}{{{x^4} + 1}}\,} \)\(= \left. {\dfrac{1}{4}\ln \left| {{x^4} + 1} \right|} \right|_0^1 \)\(= \dfrac{1}{4}\ln 2\).
Hướng dẫn giải:
Xác định hàm số \(y = f\left( x \right)\).
Tính \(I = \int\limits_0^1 {{x^3}.f\left( x \right)\,} dx\).