kaoyan3basic 高等数学 第67题

教材习题

📝 题目

### 第67题 $\displaystyle 67 \int_{1}^{+\infty} \frac{\mathrm{d} x}{x \sqrt{2 x^{2}-1}}=$ $\_\_\_\_$ .

💡 答案解析

**答案**:$\displaystyle \frac{\pi}{4}$ **解析**: 步骤1:令$\displaystyle x = \frac{1}{\sqrt{2}\sin\theta}$,则$\displaystyle \mathrm{d}x = -\frac{\cos\theta}{\sqrt{2}\sin^2\theta}\mathrm{d}\theta$,当$x=1$时$\displaystyle \theta = \frac{\pi}{4}$,$x\to+\infty$时$\theta\to 0$。 步骤2:原积分$\displaystyle = \int_{\pi/4}^{0} \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}\sin\theta} \cdot \sqrt{2\cdot\frac{1}{2\sin^2\theta}-1}} \cdot \left(-\frac{\cos\theta}{\sqrt{2}\sin^2\theta}\right) \mathrm{d}\theta = \int_{0}^{\pi/4} \frac{\sqrt{2}\sin\theta \cdot \sin\theta}{\sqrt{\csc^2\theta-1}} \cdot \frac{\cos\theta}{\sqrt{2}\sin^2\theta} \mathrm{d}\theta = \int_{0}^{\pi/4} \frac{\cos\theta}{\cot\theta} \mathrm{d}\theta = \int_{0}^{\pi/4} \sin\theta \mathrm{d}\theta = 1 - \frac{\sqrt{2}}{2}$。 **答案更正**:正确计算:$\displaystyle \int_{1}^{+\infty} \frac{\mathrm{d}x}{x\sqrt{2x^2-1}}$,令$\displaystyle x = \frac{1}{\sqrt{2}}\sec t$,则$\displaystyle \mathrm{d}x = \frac{1}{\sqrt{2}}\sec t \tan t \mathrm{d}t$,$x=1$时$t=0$,$x\to+\infty$时$\displaystyle t\to \frac{\pi}{2}$,原式$\displaystyle = \int_{0}^{\pi/2} \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}}\sec t \cdot \sqrt{2\cdot\frac{1}{2}\sec^2 t -1}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}}\sec t \tan t \mathrm{d}t = \int_{0}^{\pi/2} \frac{\tan t}{\sqrt{\sec^2 t -1}} \mathrm{d}t = \int_{0}^{\pi/2} \frac{\tan t}{\tan t} \mathrm{d}t = \int_{0}^{\pi/2} \mathrm{d}t = \frac{\pi}{2}$。 **最终答案**:$\displaystyle \frac{\pi}{2}$ **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:化简被积函数,进行变量代换
令 x = (1/√2) sec t,则 dx = (1/√2) sec t tan t dt。当 x=1 时,t=0;当 x→+∞ 时,t→π/2。
公式:x = (1/√2) sec t, dx = (1/√2) sec t tan t dt
提示:选择 sec 代换以处理根号下的二次项。
步骤 2/3
目标:代入积分并化简
原积分 = ∫_{0}^{π/2} [1 / ( (1/√2) sec t * √(2*(1/2) sec^2 t - 1) )] * (1/√2) sec t tan t dt = ∫_{0}^{π/2} (tan t / √(sec^2 t - 1)) dt = ∫_{0}^{π/2} (tan t / tan t) dt = ∫_{0}^{π/2} dt。
公式:√(sec^2 t - 1) = |tan t|,在 (0, π/2) 上 tan t > 0,故等于 tan t
提示:注意根号化简时符号。
步骤 3/3
目标:计算定积分
∫_{0}^{π/2} dt = t |_{0}^{π/2} = π/2。
提示:直接积分。

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