在1994年考研数学二中,不定积分的问题可能涉及多种类型的函数,如多项式、指数函数、三角函数等。以下是一个示例题及其解答:
题目:求不定积分 $\int x^4 e^x \, dx$。
解答:
为了求解这个不定积分,我们可以使用分部积分法。设 $u = x^4$,则 $du = 4x^3 \, dx$;设 $dv = e^x \, dx$,则 $v = e^x$。应用分部积分公式 $\int u \, dv = uv - \int v \, du$,我们得到:
$$
\int x^4 e^x \, dx = x^4 e^x - \int 4x^3 e^x \, dx
$$
接下来,再次对 $\int 4x^3 e^x \, dx$ 使用分部积分法,设 $u = x^3$,$du = 3x^2 \, dx$;$dv = e^x \, dx$,$v = e^x$,继续应用分部积分公式:
$$
\int 4x^3 e^x \, dx = 4x^3 e^x - \int 12x^2 e^x \, dx
$$
对 $\int 12x^2 e^x \, dx$ 再次使用分部积分法,设 $u = x^2$,$du = 2x \, dx$;$dv = e^x \, dx$,$v = e^x$:
$$
\int 12x^2 e^x \, dx = 12x^2 e^x - \int 24x e^x \, dx
$$
最后,对 $\int 24x e^x \, dx$ 使用分部积分法,设 $u = x$,$du = dx$;$dv = e^x \, dx$,$v = e^x$:
$$
\int 24x e^x \, dx = 24x e^x - \int 24 e^x \, dx = 24x e^x - 24 e^x
$$
将上述结果代入,我们得到:
$$
\int x^4 e^x \, dx = x^4 e^x - (4x^3 e^x - 12x^2 e^x + 24x e^x - 24 e^x) + C
$$
化简后得:
$$
\int x^4 e^x \, dx = (x^4 - 4x^3 + 12x^2 - 24x + 24) e^x + C
$$
其中 $C$ 是积分常数。
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