证明 ddx(tan⁡32x)=6sec⁡42x−6sec⁡22x\frac{d}{dx}(\tan^{3} 2x) = 6\sec^{4} 2x - 6\sec^{2} 2x。 由此求 ∫0π/8sec⁡42x dx\displaystyle \int_{0}^{\pi/8} \sec^{4} 2x\, dx 的精确值。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

3(a)

1. Differentiate the expression using the chain rule

ddx(tan⁡32x)=3tan⁡2(2x)⋅ddx(tan⁡2x)\frac{d}{dx}(\tan^{3} 2x) = 3\tan^{2}(2x) \cdot \frac{d}{dx}(\tan 2x)
=3tan⁡2(2x)⋅2sec⁡2(2x)= 3\tan^{2}(2x) \cdot 2\sec^{2}(2x)
=6tan⁡2(2x)sec⁡2(2x)= 6\tan^{2}(2x)\sec^{2}(2x)

2. Use a trigonometric identity to express the derivative in terms of secant only

Using the identity tan⁡2θ=sec⁡2θ−1\tan^{2} \theta = \sec^{2} \theta - 1:
=6(sec⁡22x−1)sec⁡22x= 6(\sec^{2} 2x - 1)\sec^{2} 2x
=6sec⁡42x−6sec⁡22x= 6\sec^{4} 2x - 6\sec^{2} 2x (Shown)

答案

ddx(tan⁡32x)=6sec⁡42x−6sec⁡22x\frac{d}{dx}(\tan^{3} 2x) = 6\sec^{4} 2x - 6\sec^{2} 2x (Shown)

3(b)

1. Use the result from part (a) to set up an integral equation.

From part (a), we have ddx(tan⁡32x)=6sec⁡42x−6sec⁡22x\frac{d}{dx}(\tan^{3} 2x) = 6\sec^{4} 2x - 6\sec^{2} 2x.
Integrating both sides with respect to xx gives:
∫(6sec⁡42x−6sec⁡22x) dx=tan⁡32x\int (6\sec^{4} 2x - 6\sec^{2} 2x)\, dx = \tan^{3} 2x

2. Rearrange the equation to make the integral of $\sec^4 2x$ the subject.

6∫sec⁡42x dx−6∫sec⁡22x dx=tan⁡32x6\int \sec^{4} 2x\, dx - 6\int \sec^{2} 2x\, dx = \tan^{3} 2x
6∫sec⁡42x dx=tan⁡32x+6∫sec⁡22x dx6\int \sec^{4} 2x\, dx = \tan^{3} 2x + 6\int \sec^{2} 2x\, dx
∫sec⁡42x dx=16tan⁡32x+∫sec⁡22x dx\int \sec^{4} 2x\, dx = \frac{1}{6}\tan^{3} 2x + \int \sec^{2} 2x\, dx

3. Integrate $\sec^2 2x$.

Since ∫sec⁡22x dx=12tan⁡2x\int \sec^{2} 2x\, dx = \frac{1}{2}\tan 2x, we have:
∫sec⁡42x dx=16tan⁡32x+12tan⁡2x\int \sec^{4} 2x\, dx = \frac{1}{6}\tan^{3} 2x + \frac{1}{2}\tan 2x

4. Apply the limits of integration.

∫0π/8sec⁡42x dx=[16tan⁡32x+12tan⁡2x]0π/8\int_{0}^{\pi/8} \sec^{4} 2x\, dx = \left[ \frac{1}{6}\tan^{3} 2x + \frac{1}{2}\tan 2x \right]_{0}^{\pi/8}

5. Evaluate the exact value.

=(16tan⁡3(π4)+12tan⁡(π4))−(16tan⁡3(0)+12tan⁡(0))= \left( \frac{1}{6}\tan^{3}\left(\frac{\pi}{4}\right) + \frac{1}{2}\tan\left(\frac{\pi}{4}\right) \right) - \left( \frac{1}{6}\tan^{3}(0) + \frac{1}{2}\tan(0) \right)
=(16(1)3+12(1))−(0)= \left( \frac{1}{6}(1)^{3} + \frac{1}{2}(1) \right) - (0)
=16+12=46=23= \frac{1}{6} + \frac{1}{2} = \frac{4}{6} = \frac{2}{3}

答案

23\frac{2}{3}

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知当 x>0x>0 时,y=3ln⁡2xx2y = \dfrac{3\ln 2x}{x^2}。 证明 dydx=3x3(1−2ln⁡2x).\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{3}{x^3}\left(1 - 2\ln 2x\right). 由此,求 ∫ln⁡2xx3 dx\displaystyle\int \frac{\ln 2x}{x^3}\,dx…
  2. 2在三角形 ABCABC 中,AB=x cmAB = x\ \text{cm},AC=3x cmAC = 3x\ \text{cm},且角 BAC=2π3BAC = \dfrac{2\pi}{3}。如果 xx 以 0.5 cm/s0.5\ \text{cm/s} 的速率增加,求当 x=4x = 4…
  3. 3曲线 y=2tan⁡3x−1y = 2\tan 3x - 1 在点 P(π3,−1)P\left(\frac{\pi}{3}, -1\right) 处的法线交 yy 轴于点 AA,交 xx 轴于点 BB。求三角形 AOBAOB 的精确面积。
  4. 4图示为曲线 y=3e−12x−6y = 3e^{-\frac{1}{2}x} - 6 的一部分,该曲线与 xx 轴相交于点 PP,与 yy 轴相交于点 QQ。曲线在点 QQ 处的法线与 xx 轴交于点 RR。求 法线的方程, 阴影区域的面积。
  5. 5曲线的方程由 y=x+sin⁡2xy = x + \sin^2 x 给出,其中 0≤x≤π0 \le x \le \pi。 写出 dydx\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} 的表达式。 求该曲线的驻点。 确定该驻点的性质。