求 ddx((2x−3)e2x)\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\bigl((2x-3)e^{2x}\bigr)。 由此计算 ∫014xe2x dx\displaystyle\int_0^1 4xe^{2x}\,\mathrm{d}x 的值,结果用精确形式表示。

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完整解法

3(a)

1. Apply the product rule to differentiate the expression

Let u=2x−3u = 2x-3 and v=e2xv = e^{2x}.
ddx(uv)=udvdx+vdudx\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(uv) = u\dfrac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}x} + v\dfrac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}x}
ddx((2x−3)e2x)=(2x−3)ddx(e2x)+e2xddx(2x−3)\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\bigl((2x-3)e^{2x}\bigr) = (2x-3)\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(e^{2x}) + e^{2x}\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(2x-3)

2. Differentiate the individual terms

ddx(e2x)=2e2x\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(e^{2x}) = 2e^{2x}
ddx(2x−3)=2\dfrac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}(2x-3) = 2
So, the expression becomes (2x−3)(2e2x)+e2x(2)(2x-3)(2e^{2x}) + e^{2x}(2)

3. Simplify the resulting expression

=2e2x(2x−3)+2e2x= 2e^{2x}(2x-3) + 2e^{2x}
=e2x(4x−6+2)= e^{2x}(4x - 6 + 2)
=e2x(4x−4)= e^{2x}(4x - 4)
=4(x−1)e2x= 4(x-1)e^{2x}

答案

4(x−1)e2x4(x-1)e^{2x}

3(b)

1. Find the derivative from part (a) to establish the relationship

ddx((2x−3)e2x)=2e2x+(2x−3)(2e2x)=2e2x+4xe2x−6e2x=4xe2x−4e2x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\bigl((2x-3)e^{2x}\bigr) = 2e^{2x} + (2x-3)(2e^{2x}) = 2e^{2x} + 4xe^{2x} - 6e^{2x} = 4xe^{2x} - 4e^{2x}

2. Rearrange to make the required integrand the subject and integrate both sides

4xe2x=ddx((2x−3)e2x)+4e2x4xe^{2x} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\bigl((2x-3)e^{2x}\bigr) + 4e^{2x}

∫4xe2x dx=(2x−3)e2x+∫4e2x dx\int 4xe^{2x}\,\mathrm{d}x = (2x-3)e^{2x} + \int 4e^{2x}\,\mathrm{d}x
∫4xe2x dx=(2x−3)e2x+2e2x=(2x−1)e2x\int 4xe^{2x}\,\mathrm{d}x = (2x-3)e^{2x} + 2e^{2x} = (2x-1)e^{2x}

3. Evaluate the definite integral using the limits 0 and 1

∫014xe2x dx=[(2x−1)e2x]01\displaystyle\int_0^1 4xe^{2x}\,\mathrm{d}x = \left[ (2x-1)e^{2x} \right]_0^1
=(2(1)−1)e2(1)−(2(0)−1)e2(0)= (2(1)-1)e^{2(1)} - (2(0)-1)e^{2(0)}
=e2−(−1)= e^2 - (-1)
=e2+1= e^2 + 1

答案

e2+1e^2 + 1

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