已知 y=sec⁡xy = \sec x,证明 dydx=sec⁡xtan⁡x\frac{dy}{dx} = \sec x \tan x。 由此证明 y4−y2=(dydx)2y^4 - y^2 = \left(\frac{dy}{dx}\right)^2。 已知 6x+12x+1\frac{6x + 1}{2x + 1} 可以写成 A+B2x+1A + \frac{B}{2x + 1} 的形式,求 AA 和 BB 的值。 由此或通过其他方法,求 ∫6x+12x+1dx\int \frac{6x + 1}{2x + 1} dx。

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完整解法

6(a)

1. Express $\sec x$ in terms of $\cos x$ and differentiate using the chain rule.

y=sec⁡x=(cos⁡x)−1y = \sec x = (\cos x)^{-1}

dydx=−1(cos⁡x)−2(−sin⁡x)\frac{dy}{dx} = -1(\cos x)^{-2}(-\sin x)

2. Simplify the derivative to show the required result.

dydx=sin⁡xcos⁡2x=(1cos⁡x)(sin⁡xcos⁡x)=sec⁡xtan⁡x\frac{dy}{dx} = \frac{\sin x}{\cos^2 x} = \left(\frac{1}{\cos x}\right)\left(\frac{\sin x}{\cos x}\right) = \sec x \tan x

3. Express $\left(\frac{dy}{dx}\right)^2$ in terms of $\sec x$.

(dydx)2=(sec⁡xtan⁡x)2=sec⁡2xtan⁡2x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2 = (\sec x \tan x)^2 = \sec^2 x \tan^2 x

4. Use the Pythagorean identity to show the final relationship.

Using tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x = \sec^2 x - 1:

(dydx)2=sec⁡2x(sec⁡2x−1)=sec⁡4x−sec⁡2x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2 = \sec^2 x (\sec^2 x - 1) = \sec^4 x - \sec^2 x

Since y=sec⁡xy = \sec x, we have:

(dydx)2=y4−y2\left(\frac{dy}{dx}\right)^2 = y^4 - y^2 (Shown)

答案

Shown.

6(b)

1. Express the rational function in the given form to find A and B

6x+12x+1=A(2x+1)+B2x+1\frac{6x + 1}{2x + 1} = \frac{A(2x + 1) + B}{2x + 1}
6x+1=2Ax+A+B6x + 1 = 2Ax + A + B
Comparing coefficients of xx:
2A=6  ⟹  A=32A = 6 \implies A = 3
Comparing constant terms:
A+B=1  ⟹  3+B=1  ⟹  B=−2A + B = 1 \implies 3 + B = 1 \implies B = -2

2. Rewrite the integral using the values of A and B

∫6x+12x+1dx=∫(3−22x+1)dx\int \frac{6x + 1}{2x + 1} dx = \int \left(3 - \frac{2}{2x + 1}\right) dx

3. Evaluate the integral

=3x−22ln⁡(2x+1)+C= 3x - \frac{2}{2}\ln(2x + 1) + C
=3x−ln⁡(2x+1)+C= 3x - \ln(2x + 1) + C

答案

A=3A = 3, B=−2B = -2

∫6x+12x+1dx=3x−ln⁡(2x+1)+C\int \frac{6x + 1}{2x + 1} dx = 3x - \ln(2x + 1) + C

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