kaoyan2advanced 高等数学 第44题

教材习题

📝 题目

### 第44题

$$ $\displaystyle \int_{2}^{4} \frac{x \mathrm{~d} x}{\sqrt{\left|x^{2}-9\right|}}=$ $$

$\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$\displaystyle \frac{10}{3}$ **解析**:步骤1:区间$[2,4]$,被积函数分母$\sqrt{|x^{2}-9|}$,在$x=3$处分段。步骤2:$\displaystyle \int_{2}^{4}\frac{x dx}{\sqrt{|x^{2}-9|}} = \int_{2}^{3}\frac{x dx}{\sqrt{9-x^{2}}} + \int_{3}^{4}\frac{x dx}{\sqrt{x^{2}-9}}$。步骤3:第一积分,令$u=9-x^{2}$,$du=-2x dx$,得$\displaystyle -\frac{1}{2}\int_{5}^{0}u^{-1/2}du = \frac{1}{2}\int_{0}^{5}u^{-1/2}du = \sqrt{u}\big|_{0}^{5}=\sqrt{5}$。第二积分,令$v=x^{2}-9$,$dv=2x dx$,得$\displaystyle \frac{1}{2}\int_{0}^{7}v^{-1/2}dv = \sqrt{v}\big|_{0}^{7}=\sqrt{7}$。步骤4:总和$\sqrt{5}+\sqrt{7}$,但答案$\displaystyle \frac{10}{3}$,数值近似$\sqrt{5}+\sqrt{7}\approx2.236+2.646=4.882$,$\displaystyle \frac{10}{3}\approx3.333$,不符。重新计算:$\displaystyle \int_{2}^{3}\frac{x}{\sqrt{9-x^{2}}}dx = -\sqrt{9-x^{2}}\big|_{2}^{3}=0-(-\sqrt{5})=\sqrt{5}$,$\displaystyle \int_{3}^{4}\frac{x}{\sqrt{x^{2}-9}}dx = \sqrt{x^{2}-9}\big|_{3}^{4}=\sqrt{7}-0=\sqrt{7}$,和为$\sqrt{5}+\sqrt{7}$,非$\displaystyle \frac{10}{3}$,可能答案有误。 **难度**:★★☆☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:分析被积函数的分段点
被积函数为 $\frac{x}{\sqrt{|x^2-9|}}$,在区间 $[2,4]$ 上,$x=3$ 处 $x^2-9=0$,因此需要分段积分:$\int_2^4 \frac{x}{\sqrt{|x^2-9|}} dx = \int_2^3 \frac{x}{\sqrt{9-x^2}} dx + \int_3^4 \frac{x}{\sqrt{x^2-9}} dx$。
提示:注意绝对值导致的分段点x=3
步骤 2/4
目标:计算第一段积分 $\int_2^3 \frac{x}{\sqrt{9-x^2}} dx$
令 $u = 9 - x^2$,则 $du = -2x dx$,$x dx = -\frac{1}{2} du$。当 $x=2$ 时 $u=5$,$x=3$ 时 $u=0$。积分化为 $\int_5^0 \frac{-\frac{1}{2}}{\sqrt{u}} du = \frac{1}{2} \int_0^5 u^{-1/2} du = \frac{1}{2} \cdot 2\sqrt{u} \big|_0^5 = \sqrt{5}$。
公式:$$\int \frac{x}{\sqrt{a^2 - x^2}} dx = -\sqrt{a^2 - x^2} + C$$
提示:注意绝对值分段处理,积分限变换时符号变化
步骤 3/4
目标:计算第二段积分 $\int_3^4 \frac{x}{\sqrt{x^2-9}} dx$
令 $v = x^2 - 9$,则 $dv = 2x dx$,$x dx = \frac{1}{2} dv$。当 $x=3$ 时 $v=0$,$x=4$ 时 $v=7$。积分化为 $\int_0^7 \frac{1}{2} v^{-1/2} dv = \frac{1}{2} \cdot 2\sqrt{v} \big|_0^7 = \sqrt{7}$。
公式:$$\int \frac{x}{\sqrt{x^2-9}} dx = \sqrt{x^2-9} + C$$
提示:注意积分限变换时对应新变量
步骤 4/4
目标:合并结果并给出最终答案
原积分 $= \sqrt{5} + \sqrt{7}$。注意:题目所给答案 $\frac{10}{3}$ 与计算结果不符,此处以正确计算为准。
提示:注意绝对值分段处理

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