高三数学题:求定积分的值
已知函数'f(x) = 1 / (x^2 + 1)',则'∫_0^1 f(x) dx'的值为多少?
解法一:
直接使用反三角函数公式,令'x = tan t',则'dx = 1 / (cos^2 t) dt',并且'x = 0'时't = 0','x = 1'时't = π / 4',则有:
'∫_0^1 f(x) dx = ∫_0^(π / 4) 1 / (tan^2 t + 1) * 1 / (cos^2 t) dt = [arctan(tan t)]_0^(π / 4) = π / 4 - 0 = π / 4'
解法二:
使用分式分解,将'f(x)'写成:
'f(x) = 1 / (x^2 + 1) = 1 / ((x + i)(x - i)) = 1 / (2i) * (1 / (x + i) - 1 / (x - i))'
则有:
'∫_0^1 f(x) dx = 1 / (2i) * [ln(x + i) - ln(x - i)]_0^1 = 1 / (2i) * [ln((1 + i) / (1 - i)) - ln(-i)] = π / 4'
因为'ln(-i) = ln|i| + i arg(-i) = ln 1 + i * (-π / 2) = i * (-π / 2)'。
综上,'∫_0^1 f(x) dx = π / 4'。
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