kaoyan1basic 高等数学 第18题

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📝 题目

### 【基础篇】第18题(选择题) 18.定积分 $\displaystyle I=\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin x}{x} \mathrm{~d} x$ 的值满足()。 (A) $\displaystyle 0 \leqslant I \leqslant \frac{1}{2}$ (B)$\displaystyle \frac{1}{2} \leqslant I \leqslant \frac{\sqrt{2}}{2}$ (C)$\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{2} \leqslant I \leqslant 1$ (D) $1 \leqslant I \leqslant 2 \sqrt{2}$

💡 答案解析

**答案**:B **解析**:步骤1:在区间$\displaystyle [\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{2}]$上,$\sin x$单调递增,$\displaystyle \frac{1}{x}$单调递减,但整体$\displaystyle \frac{\sin x}{x}$单调递减。 步骤2:由积分估值定理,$\displaystyle \frac{\sin(\pi/2)}{\pi/2} \cdot (\frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{4}) \le I \le \frac{\sin(\pi/4)}{\pi/4} \cdot (\frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{4})$,即$\displaystyle \frac{2}{\pi} \cdot \frac{\pi}{4} \le I \le \frac{\sqrt{2}/2}{\pi/4} \cdot \frac{\pi}{4}$,得$\displaystyle \frac{1}{2} \le I \le \frac{\sqrt{2}}{2}$。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:确定被积函数在积分区间上的单调性
在区间 [π/4, π/2] 上,sin x 单调递增,1/x 单调递减,因此 sin x / x 单调递减。
提示:利用函数单调性的性质:若 f 递增,g 递减,则 f/g 不一定单调,但本题可通过导数或已知结论判断 sin x / x 递减。
步骤 2/4
目标:应用积分估值定理
由于 sin x / x 在 [π/4, π/2] 上单调递减,其最大值在左端点,最小值在右端点。积分估值定理:m(b-a) ≤ ∫_a^b f(x) dx ≤ M(b-a),其中 m 和 M 分别为最小值和最大值。
公式:m(b-a) ≤ ∫_a^b f(x) dx ≤ M(b-a)
提示:注意估值定理要求 f 在区间上可积,且 m 和 M 分别为下界和上界。
步骤 3/4
目标:计算端点函数值和区间长度
左端点 x=π/4:sin(π/4)/(π/4) = (√2/2) / (π/4) = (2√2)/π;右端点 x=π/2:sin(π/2)/(π/2) = 1 / (π/2) = 2/π。区间长度:π/2 - π/4 = π/4。
提示:注意计算准确,特别是分数化简。
步骤 4/4
目标:代入估值定理得到不等式
最小值 m = 2/π,最大值 M = (2√2)/π,区间长度 b-a = π/4。因此 (2/π)*(π/4) ≤ I ≤ (2√2/π)*(π/4),即 1/2 ≤ I ≤ √2/2。
提示:化简时注意 π 约去。

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