已知aa是A=7n+Cn17n−1+Cn27n−2+⋯+Cnn−17(nA=7^{n}+C_{n}^{1}7^{n-1}+C_{n}^{2}7^{n-2}+⋯+C_{n}^{n-1}7(n为正奇数))被44整除的余数,则∫1e(x+ax)dx∫_{1}^{e}(x+\dfrac{a}{x}){\rm d}x的值为()(\quad)
A. e2+52\dfrac{e^{2}+5}{2}
B. e2+12\dfrac{e^{2}+1}{2}
C. e2−12\dfrac{e^{2}-1}{2}
D. e2−52\dfrac{e^{2}-5}{2}

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完整解法

1. 利用二项式定理化简代数式 $A$

已知 A=7n+Cn17n−1+Cn27n−2+⋯+Cnn−17A=7^{n}+C_{n}^{1}7^{n-1}+C_{n}^{2}7^{n-2}+⋯+C_{n}^{n-1}7。
根据二项式定理,有:
(7+1)n=Cn07n+Cn17n−1+Cn27n−2+⋯+Cnn−171+Cnn70(7+1)^n = C_n^0 7^n + C_n^1 7^{n-1} + C_n^2 7^{n-2} + \dots + C_n^{n-1} 7^1 + C_n^n 7^0
因为 Cn0=1C_n^0 = 1 且 Cnn=1C_n^n = 1,所以上式可化为:
(7+1)n=7n+Cn17n−1+Cn27n−2+⋯+Cnn−171+1(7+1)^n = 7^n + C_n^1 7^{n-1} + C_n^2 7^{n-2} + \dots + C_n^{n-1} 7^1 + 1
从而,得:
A=(7+1)n−1=8n−1A = (7+1)^n - 1 = 8^n - 1。

2. 求出 $A$ 被 $4$ 整除的余数 $a$

因为 nn 为正奇数,所以 n≥1n \ge 1。
由此可得 8n8^n 是 44 的倍数,即 8n≡0(mod4)8^n \equiv 0 \pmod 4。
所以 A=8n−1≡−1≡3(mod4)A = 8^n - 1 \equiv -1 \equiv 3 \pmod 4。
因此, AA 被 44 整除的余数 a=3a = 3。

3. 利用微积分基本定理计算定积分的值并确定选项

将 a=3a = 3 代入积分式中,得:
∫1e(x+3x)dx\int_{1}^{e}\left(x+\dfrac{3}{x}\right){\rm d}x
其原函数为 F(x)=12x2+3ln⁡xF(x) = \dfrac{1}{2}x^2 + 3\ln x。
根据微积分基本定理:
∫1e(x+3x)dx=(12x2+3ln⁡x)∣1e\int_{1}^{e}\left(x+\dfrac{3}{x}\right){\rm d}x = \left.\left(\dfrac{1}{2}x^2 + 3\ln x\right)\right|_{1}^{e}
=(12e2+3ln⁡e)−(12⋅12+3ln⁡1)= \left(\dfrac{1}{2}e^2 + 3\ln e\right) - \left(\dfrac{1}{2}\cdot 1^2 + 3\ln 1\right)
=(12e2+3)−12= \left(\dfrac{1}{2}e^2 + 3\right) - \dfrac{1}{2}
=e2+52= \dfrac{e^2+5}{2}。
所以,正确选项为 A。

答案

A

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