kaoyan1basic 高等数学 第186题

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📝 题目

## 第186题 (高等数学 - 选择题) 下列用牛顿 一 莱布尼茨公式计算定积分的做法中,错误的做法一共有 (1) $\displaystyle \int_{0}^{\pi} \sqrt{\sin ^{3} x-\sin ^{5} x} \mathrm{~d} x=\int_{0}^{\pi} \sin ^{\frac{3}{2}} x \cos x \mathrm{~d} x=\left.\frac{2}{5} \sin ^{\frac{5}{2}} x\right|_{0} ^{\pi}=0$ . (2) $\displaystyle \int_{-1}^{1} \frac{\mathrm{~d} x}{x}=\left.\ln |x|\right|_{-1} ^{1}=0$ . (3) $\displaystyle \int_{0}^{\pi} \frac{\sec ^{2} x}{2+\tan ^{2} x} \mathrm{~d} x=\left.\frac{1}{\sqrt{2}} \arctan \frac{\tan x}{\sqrt{2}}\right|_{0} ^{\pi}=0$ . (4) $\displaystyle \int_{-1}^{1} \frac{\mathrm{~d}}{\mathrm{~d} x}\left(\arctan \frac{1}{x}\right) \mathrm{d} x=\left.\arctan \frac{1}{x}\right|_{-1} ^{1}=\frac{\pi}{2}$ . (A) 1 个. (B) 2 个. (C) 3 个. (D) 4 个.

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:步骤1:(1)中$\displaystyle \sqrt{\sin^3 x-\sin^5 x}=\sin^{\frac{3}{2}}x|\cos x|$,而非$\displaystyle \sin^{\frac{3}{2}}x\cos x$,在$[0,\pi]$上$\cos x$变号,直接去掉绝对值错误。步骤2:(2)中$\displaystyle \int_{-1}^{1}\frac{dx}{x}$在$x=0$处无界,不是定积分,不能直接用牛顿-莱布尼茨公式。步骤3:(3)中$\tan x$在$\displaystyle x=\frac{\pi}{2}$处无定义,原函数在$[0,\pi]$上不连续,不能直接代入。步骤4:(4)中$\displaystyle \arctan\frac{1}{x}$在$x=0$处不连续,且原函数在$[-1,1]$上不是$f(x)$的连续原函数,公式使用错误。四个做法均错误。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:判断(1)中的错误
化简被积函数:√(sin³x - sin⁵x) = √(sin³x(1 - sin²x)) = √(sin³x cos²x) = sin^(3/2)x |cos x|。在[0,π]上,cos x在[0,π/2]为正,[π/2,π]为负,因此不能直接去掉绝对值写成sin^(3/2)x cos x。直接使用牛顿-莱布尼茨公式导致错误。
公式:√(sin³x - sin⁵x) = sin^(3/2)x |cos x|
提示:注意被积函数中绝对值符号的处理,分段积分或利用对称性。
步骤 2/4
目标:判断(2)中的错误
积分∫_{-1}^{1} dx/x 在x=0处被积函数无界,属于反常积分,不能直接使用牛顿-莱布尼茨公式。即使按反常积分计算,该积分发散,结果为无穷大,而非0。
公式:∫_{-1}^{1} dx/x 发散
提示:使用牛顿-莱布尼茨公式前需检查被积函数在积分区间上是否连续。
步骤 3/4
目标:判断(3)中的错误
被积函数 sec²x/(2+tan²x) 在x=π/2处无定义(tan x趋于无穷),原函数 (1/√2) arctan(tan x/√2) 在x=π/2处不连续,因此不能直接代入上下限。
公式:原函数在x=π/2处间断
提示:需考虑原函数在积分区间内的连续性,若有间断点应分段积分。
步骤 4/4
目标:判断(4)中的错误
被积函数是 d/dx(arctan(1/x)),其原函数为 arctan(1/x),但该函数在x=0处不连续(左右极限不等),因此不能直接应用牛顿-莱布尼茨公式。正确做法需考虑间断点,积分值应为0(因为被积函数是奇函数且区间对称,但需注意反常积分)。
公式:arctan(1/x)在x=0处不连续
提示:牛顿-莱布尼茨公式要求原函数在闭区间上连续。

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