典型例题汇总:定积分(奇偶性、几何意义、三角代换、区间再现)

题目 09

已知:

$$
f^{\prime}(x)=\arctan \left[(x-1)^{2}\right], \quad f(0)=0 \Rightarrow
$$

则:

$$
I=\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~ d} x = ?
$$

解析 09

把“未知”往“已知”形式上凑:

$$
I=\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~ d} x=\int_{0}^{1} f(x) \mathrm{~ d} (x-1)=
$$

$$
\left.(x-1) f(x)\right|_{0} ^{1}-\int_{0}^{1}(x-1) f^{\prime}(x) \mathrm{~ d} x \Rightarrow
$$

$$
I=-\int_{0}^{1}(x-1) \arctan \left[(x-1)^{2}\right] \mathrm{~ d} (x-1)
$$

又:

$$
{\left[(x-1)^{2}\right]^{\prime}=2(x-1) \Rightarrow}
$$

于是:

$$
I=\frac{-1}{2} \int_{0}^{1} \arctan \left[(x-1)^{2}\right] \mathrm{~ d} \left[(x-1)^{2}\right] \Rightarrow
$$

$$
u=(x-1)^{2} \Rightarrow x \in(0,1) \Rightarrow u \in(1,0) \Rightarrow
$$

$$
I=\frac{-1}{2} \int_{1}^{0} \arctan u \mathrm{~ d} u \Rightarrow
$$

$$
I=\frac{1}{2} \int_{0}^{1} \arctan u \mathrm{~ d} u \Rightarrow
$$

$$
\frac{1}{2}\left[\left.u \arctan u\right|_{0} ^{1}-\int_{0}^{1} u \cdot \frac{1}{1+u^{2}} \mathrm{~ d} u\right] \Rightarrow
$$

$$
\frac{1}{2}\left[\frac{\pi}{4}-\left.\frac{1}{2} \ln \left(u^{2}+1\right)\right|_{0} ^{1}\right] \Rightarrow
$$

$$
I=\frac{1}{2}\left[\frac{\pi}{4}-\frac{1}{2} \ln 2\right] \Rightarrow I=\frac{\pi}{8}-\frac{1}{4} \ln 2
$$


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