kaoyan1basic 高等数学 第65题

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📝 题目

### 第65题 设 $f(x)=\max \left\{1, x^{2}\right\}$ ,则 $\int_{1}^{x} f(t) \mathrm{d} t=$ $\_\_\_\_$ . □

💡 答案解析

**答案**:$\displaystyle \begin{cases} x-1, & 1\le x\le 1 \\ \frac{x^3}{3}+\frac{2}{3}, & x>1 \\ \frac{1}{3}-x, & x<-1 \end{cases}$ **解析**: 步骤1:$f(x)=\max\{1,x^2\}=\begin{cases} x^2, & |x|\ge 1 \\ 1, & |x|<1 \end{cases}$。 步骤2:积分下限为1,需分情况。当$x\ge1$时,$\displaystyle \int_1^x f(t)dt=\int_1^x t^2 dt=\frac{x^3}{3}-\frac{1}{3}$。 步骤3:当$x<1$时,$\int_1^x f(t)dt=-\int_x^1 f(t)dt$。若$-1\le x<1$,则$\int_x^1 f(t)dt=\int_x^1 1 dt=1-x$,故原积分$=x-1$。 步骤4:若$x<-1$,则$\displaystyle \int_x^1 f(t)dt=\int_x^{-1} t^2 dt+\int_{-1}^1 1 dt=\left(\frac{-1}{3}-\frac{x^3}{3}\right)+2=\frac{5}{3}-\frac{x^3}{3}$,故原积分$\displaystyle =-\left(\frac{5}{3}-\frac{x^3}{3}\right)=\frac{x^3}{3}-\frac{5}{3}$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:将分段函数f(x)写成分段形式
由f(x)=max{1,x^2},当|x|≥1时,x^2≥1,故f(x)=x^2;当|x|<1时,1>x^2,故f(x)=1。因此f(x)= { x^2, |x|≥1; 1, |x|<1 }。
提示:注意绝对值条件
步骤 2/6
目标:根据积分下限1,分情况讨论x的范围
积分下限为1,需考虑x≥1和x<1两种情况。
提示:积分下限固定,需根据x与1的关系分段
步骤 3/6
目标:当x≥1时,计算积分
此时积分区间[1,x]内t≥1,故f(t)=t^2。∫_1^x t^2 dt = (1/3)x^3 - 1/3。
公式:∫ t^2 dt = t^3/3
提示:直接积分
步骤 4/6
目标:当x<1时,转化为从x到1的积分,并分情况
∫_1^x f(t)dt = -∫_x^1 f(t)dt。需再分x∈[-1,1)和x<-1。
公式:∫_a^b = -∫_b^a
提示:交换积分限
步骤 5/6
目标:当-1≤x<1时,计算积分
此时区间[x,1]内t∈[x,1]⊆(-1,1),故f(t)=1。∫_x^1 1 dt = 1-x,所以原积分=-(1-x)=x-1。
公式:∫ 1 dt = t
提示:注意积分限方向
步骤 6/6
目标:当x<-1时,计算积分
此时区间[x,1]需分成[x,-1]和[-1,1]。在[x,-1]上t≤-1,f(t)=t^2;在[-1,1]上f(t)=1。∫_x^{-1} t^2 dt = (-1)^3/3 - x^3/3 = -1/3 - x^3/3,∫_{-1}^1 1 dt = 2,总和为5/3 - x^3/3。原积分=-(5/3 - x^3/3)= x^3/3 - 5/3。
公式:∫_a^b = ∫_a^c + ∫_c^b
提示:分段积分

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