定积分典型例题11254

定积分典型例题

例1 求21lim

n n

→∞L ． 分析 将这类问题转化为定积分主要是确定被积函数和积分上下限．若对题目中被积函数难以想到，可采取如下方法：先对区间[0,1]n 等分写出积分和，再与所求极限相比较来找出被积函数与积分上下限．

解 将区间[0,1]n 等分，则每个小区间长为1i x n

∆=，然后把2111n n n =⋅的一个因子1

n 乘

入和式中各项．于是将所求极限转化为求定积分．即

21lim

n n →∞L =1lim n n →∞+L =34

=⎰．

例2

⎰

=_________．

解法1 由定积分的几何意义知，0

⎰等于上半圆周22(1)1x y -+= (0y ≥)

与x 轴所围成的图形的面积．故0

⎰

=

2

π

． 解法2 本题也可直接用换元法求解．令1x -=sin t （2

2

t π

π

-

≤≤

），则

⎰

=2

2

tdt ππ-

⎰

=2tdt =220

2cos tdt π

⎰=

2

π 例3 比较1

2

x e dx ⎰，2

1

2

x e dx ⎰，1

2

(1)x dx +⎰．

分析 对于定积分的大小比较，可以先算出定积分的值再比较大小，而在无法求出积分值时则只能利用定积分的性质通过比较被积函数之间的大小来确定积分值的大小．

解法1 在[1,2]上，有2

x x e e ≤．而令()(1)x f x e x =-+，则()1x f x e '=-．当0x >时，()0f x '>，()f x 在(0,)+∞上单调递增，从而()(0)f x f >，可知在[1,2]上，有1x e x >+．又

1

22

1

()()f x dx f x dx =-⎰

⎰，从而有2

111

2

2

2

(1)x x x dx e dx e dx +>>⎰⎰⎰．

解法2 在[1,2]上，有2

x

x e e ≤．由泰勒中值定理2

12!

x

e e x x ξ=++得1x e x >+．注意到

1

2

2

1

()()f x dx f x dx =-⎰

⎰．因此

2

1

11

2

2

2

(1)x x x dx e dx e dx +>>⎰

⎰⎰．

例4 估计定积分2

2x

x

e dx -⎰的值．

分析 要估计定积分的值, 关键在于确定被积函数在积分区间上的最大值与最小值．

解 设 2

()x

x

f x e -=, 因为 2

()(21)x

x

f x e x -'=-, 令()0f x '=，求得驻点1

2

x =

, 而 0

(0)1f e ==, 2

(2)f e =, 141

()2

f e -=,

故

124

(),[0,2]e

f x e x -≤≤∈,

从而

2

12

24

22x

x

e

e dx e -

-≤≤⎰,

所以

210

2

4

2

22x x

e e

dx e -

--≤≤-⎰.

例5 设()f x ，()g x 在[,]a b 上连续，且()0g x ≥，()0f x >．求lim (b

a

n g x →∞⎰．

解 由于()f x 在[,]a b 上连续，则()f x 在[,]a b 上有最大值M 和最小值m ．由()0f x >知0M >，0m >．又()0g x ≥，则

()b a

g x dx (b a

g x ≤⎰()b

a

g x dx ≤．

由于1n n ==，故

lim (b a

n g x →∞⎰=()b

a

g x dx ⎰．

例6求sin lim n p

n

n x

dx x

+→∞⎰

, ,p n 为自然数． 分析 这类问题如果先求积分然后再求极限往往很困难，解决此类问题的常用方法是利用积分中值定理与夹逼准则．

解法1 利用积分中值定理 设 sin ()x

f x x

=

, 显然()f x 在[,]n n p +上连续, 由积分中值定理得 sin sin n p n x dx p x ξ

ξ

+=⋅⎰, [,]n n p ξ∈+, 当n →∞时, ξ→∞, 而sin 1ξ≤, 故

sin sin lim lim 0n p

n

n x dx p x

ξξ

ξ+→∞→∞=⋅=⎰

．

解法2 利用积分不等式 因为

sin sin 1ln

n p

n p n p n

n n x x n p

dx dx dx x x x n

++++≤≤=⎰

⎰⎰, 而limln

0n n p

n

→∞

+=,所以