9.1 第六次作业参考答案
9.1.1 习题6.2
例 9.1.1
(习题6.2.1)计算以下不定积分:
-
(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
-
-
(4)
-
-
(5)
-
解
(1)
(2)
(3)
(4) 设,则
(5)
例 9.1.2
(习题6.2.2)计算以下不定积分,其中是正整数,都是非零实数:
-
(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
-
-
(4)
-
、
-
(5)
-
-
(6)
-
解
(1) 设,则
因此
(2) 设,则
(3)
(4) 设第一、二个被积函数的原函数分别为,则
因此
(5)
(6)
9.1.2 习题6.3
例 9.1.3
(习题6.3.4)计算以下不定积分:
-
(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
-
-
(4)
-
-
(5)
-
-
(6)
-
-
(7)
-
-
(8)
-
-
(9)
-
-
(10)
-
-
(11)
-
-
(12)
-
-
(13)
-
-
(14)
-
解
(1) 设
令可得,令可得。等式两边同时求导并代入可得
因此
其中
(2) 设
令可得。等式两边同时求导可得
因此
(3) 令,则,,此时
(4)
(5)
(6) 令,则
(7) 令、,则
(8)
(9) 令,则
(10) 令,则
(11) 利用万能公式可得
(12)
(13) 令、,则
(14) 令,则
9.1.3 习题7.1
例 9.1.4
(习题7.1.5)设满足,证明:使得在处连续且。
证明
采用反证法。假设,若在处连续则。由于,故
- 有界,即使得。
- 在上的间断点集为零测集,即,存在总长度为的有限开区间集覆盖间断点集。
故,取,则
令可得
与题设矛盾!故假设不成立,即使得在处连续且。
另证
仍然采用反证法,但是绕过Lebesgue法则。根据例9.3.15,的连续点集在上稠密,故对的任意划分,在每一个子区间中总能取到连续点作为标志点。由于在连续点处非正,因此Riemann和非正,作为Riemann和极限的定积分也必定非正,与题设矛盾。
例 9.1.5
(习题7.1.6)设,证明:
证明
由知有界,故使得。,注意到
取满足下式即可
此时
另证
实际上,由Wallis公式可得
令,则
亦即。因此
例 9.1.6
(习题7.1.8)设严格单调,。讨论和之间的关系,并证明你的结论。
证明
本题与9.3.3类似,画图可知结论为
- 严格增:。
- 严格减:。
换元法需要可微;若仅仅可积,我们需要通过定义来证明。
对的任意划分。若严格增,则亦是的划分,因此两者的Riemann和满足
令,即得
若严格减,则亦是的划分,因此两者的Riemann和满足
令,即得
9.1.4 习题7.4
例 9.1.7
(习题7.4.1)计算以下定积分:
-
(1)
-
,其中。
-
(2)
-
,其中。
解
(1) 当时,有
当时,有
因此
(2) 注意到
因此
补充
同时注意到
因此
例 9.1.8
(习题7.4.2)计算以下定积分:
-
(1)
-
-
(2)
-
-
(3)
-
-
(4)
-
解
(1) 令,则
本题也可以直接通过几何意义得到答案。
(2) 令,则
(3) 令,则
(4) 令,则
因此