定積分法(DSE M2):性質、代換法及奇偶函數

定積分是和的極限,可用微積分基本定理計算:∫ab f(x) dx = F(b) − F(a)。代換 u = g(x) 時,須把上下限轉換為 g(a) 及 g(b)。在 [−a, a] 上,奇函數的積分為 0,偶函數的積分等於它在 [0, a] 上積分的兩倍。

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y = x³ 在 [−2, 2] 上:左邊軸下的區域與右邊軸上的區域互相抵消,所以奇函數在 [−a, a] 上的積分為 0。 自己試試 →

定積分的性質

微積分基本定理∫ab f(x) dx = F(b) − F(a)
上下限互換∫ab f(x) dx = −∫ba f(x) dx
分割區間∫ab = ∫ac + ∫cb
奇函數∫−aa f(x) dx = 0
偶函數∫−aa f(x) dx = 2∫0a f(x) dx
分部積分∫ab u dv = [uv]ab − ∫ab v du

定積分法例題詳解

例題 1:運用奇函數及偶函數

計算 ∫−22 (x³ cos x + x²) dx。

  1. x³ cos x 是奇函數(奇 × 偶),所以它在 [−2, 2] 上的積分為 0
  2. x² 是偶函數,所以它的積分是 2∫02 x² dx
  3. 2 × [x³/3]02 = 2 × 8/3 = 16/3

答案: 16/3

例題 2:代換並轉換上下限

計算 ∫01 x / (x² + 1) dx。

  1. 設 u = x² + 1,du = 2x dx
  2. 上下限:x = 0 → u = 1,x = 1 → u = 2
  3. ∫12 ½ · (1/u) du = ½ [ln u]12
  4. = ½ ln 2

答案: ½ ln 2

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ 新變數配舊上下限代換 u = g(x) 後,上下限必須是 u 的值。若以 u 求積分卻保留 x 的上下限,即使原函數正確,答案也會出錯。
⚠️ 求積分前先看對稱性當上下限為 −a 及 a 時,應先判斷每一項是奇函數還是偶函數。試題經常放入一項看似無法積分、其實是奇函數的項,它的貢獻為 0。

✏️ 自我測試:互動練習

溫習方法:點擊以下任何題目,即時在坐標網格載入並核對計算步驟。

(定積分的分部積分)計算 ∫ x cos x dx(由 0 至 π/2)。
(代換並轉換上下限)計算 ∫ x √(1 − x²) dx(由 0 至 1)。
(奇偶函數)計算 ∫ (x⁵ + sin x + 3) dx(由 −1 至 1)。

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