对 2xcos⁡2x2x \cos 2x 关于 xx 求导。 由此,计算 ∫0π2(1−4xsin⁡2x) dx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} (1 - 4x \sin 2x) \, dx 的值。

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完整解法

5(a)

1. Apply the product rule to differentiate the expression

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

2. Differentiate the components and simplify

dydx=(2x)(−2sin⁡2x)+(cos⁡2x)(2)\frac{dy}{dx} = (2x)(-2 \sin 2x) + (\cos 2x)(2)
=−4xsin⁡2x+2cos⁡2x= -4x \sin 2x + 2 \cos 2x
=2cos⁡2x−4xsin⁡2x= 2 \cos 2x - 4x \sin 2x

答案

2cos⁡2x−4xsin⁡2x2 \cos 2x - 4x \sin 2x

5(b)

1. Find the derivative of $2x \cos 2x$ from part (a)

ddx(2xcos⁡2x)=2(cos⁡2x)+2x(−2sin⁡2x)\frac{d}{dx}(2x \cos 2x) = 2(\cos 2x) + 2x(-2 \sin 2x)
=2cos⁡2x−4xsin⁡2x= 2 \cos 2x - 4x \sin 2x

2. Rearrange the derivative to express $-4x \sin 2x$ as the subject

−4xsin⁡2x=ddx(2xcos⁡2x)−2cos⁡2x-4x \sin 2x = \frac{d}{dx}(2x \cos 2x) - 2 \cos 2x

3. Substitute the expression into the integral and integrate

∫0π2(1−4xsin⁡2x) dx=∫0π2(1+ddx(2xcos⁡2x)−2cos⁡2x) dx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} (1 - 4x \sin 2x) \, dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \left(1 + \frac{d}{dx}(2x \cos 2x) - 2 \cos 2x\right) \, dx
=[x+2xcos⁡2x−sin⁡2x]0π2= \left[ x + 2x \cos 2x - \sin 2x \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}}

4. Evaluate the definite integral using the limits

=(π2+2(π2)cos⁡π−sin⁡π)−(0+0−0)= \left( \frac{\pi}{2} + 2\left(\frac{\pi}{2}\right) \cos \pi - \sin \pi \right) - (0 + 0 - 0)
=π2+π(−1)−0= \frac{\pi}{2} + \pi(-1) - 0
=−π2= -\frac{\pi}{2}

答案

−π2-\frac{\pi}{2}

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