Cho hàm số \(y = f(x)\) có đạo hàm liên tục trên đoạn $\left[ {0;1} \right]$ và \(f(0) + f(1) = 0.\) Biết \(\int\limits_0^1 {{f^2}(x)dx = \dfrac{1}{2},\,\,\int\limits_0^1 {f'(x)\cos \pi xdx = \dfrac{\pi }{2}} } .\) Tính \(\int\limits_0^1 {f(x)dx.} \)
Trả lời bởi giáo viên
Đặt \(\left\{ \begin{array}{l}u = \cos \pi x\\dv = f'\left( x \right)dx\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = - \pi \sin \pi xdx\\v = f\left( x \right)\end{array} \right.\)
Ta có $\int\limits_0^1 {f'\left( x \right).\cos \pi x\,{\rm{d}}x} = \left. {f\left( x \right).\cos \pi x} \right|_0^1 + \pi \int\limits_0^1 {f\left( x \right).\sin \pi x\,{\rm{d}}x} $
$ = - \,\left[ {f\left( 1 \right) + f\left( 0 \right)} \right] + \pi \,\int\limits_0^1 {f\left( x \right).\sin \pi x\,{\rm{d}}x} = \dfrac{\pi }{2} \Rightarrow \int\limits_0^1 {f\left( x \right).\sin \pi x\,{\rm{d}}x} = \dfrac{1}{2}.$
Xét $\int\limits_0^1 {{{\left[ {f\left( x \right) + k.\sin \pi x} \right]}^{\,2}}\,{\rm{d}}x} = 0 \Leftrightarrow \int\limits_0^1 {{f^2}\left( x \right)\,{\rm{d}}x} + 2k.\int\limits_0^1 {f\left( x \right).\sin \pi x\,{\rm{d}}x} + {k^2}.\int\limits_0^1 {{{\sin }^2}\left( {\pi x} \right)\,{\rm{d}}x} = 0$
$ \Leftrightarrow \dfrac{1}{2}{k^2} + 2k.\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{2} = 0 \Leftrightarrow {\left( {k + 1} \right)^2} = 0 \Leftrightarrow k = - \,1.$ Suy ra $\int\limits_0^1 {{{\left[ {f\left( x \right) - \sin \pi x} \right]}^{\,2}}\,{\rm{d}}x} = 0.$
Vậy $f\left( x \right) = \sin \pi x \Rightarrow \int\limits_0^1 {f\left( x \right)\,{\rm{d}}x} = \int\limits_0^1 {\sin \pi x\,{\rm{d}}x} = \left. { - \dfrac{{\cos \pi x}}{x}} \right|_0^1 = \dfrac{1}{\pi } + \dfrac{1}{\pi } = \dfrac{2}{\pi }.$
Hướng dẫn giải:
+) Sử dụng phương pháp từng phần đối với tích phân $\int\limits_0^1 {f'\left( x \right).\cos \pi x\,{\rm{d}}x} $.
+) Sử dụng kết quả $\int\limits_0^1 {{{\left[ {f\left( x \right) + k.\sin \pi x} \right]}^{\,2}}\,{\rm{d}}x} = 0$ tính \(f\left( x \right)\)
+) Lấy tích phân từ 0 đến 1 cả 2 vế tính \(\int\limits_0^1 {f\left( x \right)dx} \).