求 2xcos⁡3x2x \cos 3x 关于 xx 的导数。 由此,求 ∫xsin⁡3x dx\int x \sin 3x \text{ d}x。

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完整解法

1(a)

1. Apply the product rule to differentiate the expression

Let y=2xcos⁡3xy = 2x \cos 3x.
Using the product rule ddx(uv)=udvdx+vdudx\frac{\text{d}}{\text{d}x}(uv) = u \frac{\text{d}v}{\text{d}x} + v \frac{\text{d}u}{\text{d}x} with u=2xu = 2x and v=cos⁡3xv = \cos 3x:
dydx=(2x)ddx(cos⁡3x)+(cos⁡3x)ddx(2x)\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = (2x)\frac{\text{d}}{\text{d}x}(\cos 3x) + (\cos 3x)\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x)

2. Evaluate the derivatives and simplify

ddx(cos⁡3x)=−3sin⁡3x\frac{\text{d}}{\text{d}x}(\cos 3x) = -3 \sin 3x and ddx(2x)=2\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x) = 2.
dydx=(2x)(−3sin⁡3x)+(cos⁡3x)(2)\frac{\text{d}y}{\text{d}x} = (2x)(-3 \sin 3x) + (\cos 3x)(2)
=2cos⁡3x−6xsin⁡3x= 2 \cos 3x - 6x \sin 3x

答案

2cos⁡3x−6xsin⁡3x2 \cos 3x - 6x \sin 3x

1(b)

1. State the derivative from part (a)

From (a), ddx(2xcos⁡3x)=2cos⁡3x−6xsin⁡3x\frac{\text{d}}{\text{d}x}(2x \cos 3x) = 2 \cos 3x - 6x \sin 3x.

2. Apply integration as the reverse of differentiation

Integrating both sides with respect to xx:
∫(2cos⁡3x−6xsin⁡3x) dx=2xcos⁡3x\int (2 \cos 3x - 6x \sin 3x) \text{ d}x = 2x \cos 3x
∫2cos⁡3x dx−6∫xsin⁡3x dx=2xcos⁡3x\int 2 \cos 3x \text{ d}x - 6 \int x \sin 3x \text{ d}x = 2x \cos 3x

3. Rearrange and integrate the remaining term to find the required integral

6∫xsin⁡3x dx=∫2cos⁡3x dx−2xcos⁡3x6 \int x \sin 3x \text{ d}x = \int 2 \cos 3x \text{ d}x - 2x \cos 3x
6∫xsin⁡3x dx=23sin⁡3x−2xcos⁡3x+c′6 \int x \sin 3x \text{ d}x = \frac{2}{3} \sin 3x - 2x \cos 3x + c'
∫xsin⁡3x dx=19sin⁡3x−13xcos⁡3x+c\int x \sin 3x \text{ d}x = \frac{1}{9} \sin 3x - \frac{1}{3} x \cos 3x + c

答案

19sin⁡3x−13xcos⁡3x+c\frac{1}{9} \sin 3x - \frac{1}{3} x \cos 3x + c

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