对于 a>4a>4,证明 ∫0a∣2x2−3x−2∣ dx=1k(4a3−9a2−12a+56)\displaystyle\int_{0}^{a} |2x^{2}-3x-2|\,dx = \dfrac{1}{k}(4a^{3}-9a^{2}-12a+56),其中 kk 是待求的整数。

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完整解法

1

1. Find the roots of the quadratic expression to determine where it changes sign.

Let 2x2−3x−2=02x^2 - 3x - 2 = 0.
(2x+1)(x−2)=0(2x + 1)(x - 2) = 0
x=−12x = -\frac{1}{2} or x=2x = 2

For 0≤x≤20 \le x \le 2, 2x2−3x−2≤0  ⟹  ∣2x2−3x−2∣=−(2x2−3x−2)2x^2 - 3x - 2 \le 0 \implies |2x^2 - 3x - 2| = -(2x^2 - 3x - 2)
For x≥2x \ge 2, 2x2−3x−2≥0  ⟹  ∣2x2−3x−2∣=2x2−3x−22x^2 - 3x - 2 \ge 0 \implies |2x^2 - 3x - 2| = 2x^2 - 3x - 2

2. Split the definite integral at the root $x = 2$ and remove the modulus signs.

Since a>4a > 4, the interval [0,a][0, a] contains x=2x = 2. We split the integral:
∫0a∣2x2−3x−2∣ dx=∫02−(2x2−3x−2) dx+∫2a(2x2−3x−2) dx\int_{0}^{a} |2x^{2}-3x-2|\,dx = \int_{0}^{2} -(2x^{2}-3x-2)\,dx + \int_{2}^{a} (2x^{2}-3x-2)\,dx

3. Integrate the polynomial expressions.

=[−23x3+32x2+2x]02+[23x3−32x2−2x]2a= \left[ -\frac{2}{3}x^3 + \frac{3}{2}x^2 + 2x \right]_0^2 + \left[ \frac{2}{3}x^3 - \frac{3}{2}x^2 - 2x \right]_2^a

4. Substitute the limits, simplify, and factorise to find $k$.

=(−163+6+4−0)+(23a3−32a2−2a−(163−6−4))= \left( -\frac{16}{3} + 6 + 4 - 0 \right) + \left( \frac{2}{3}a^3 - \frac{3}{2}a^2 - 2a - \left( \frac{16}{3} - 6 - 4 \right) \right)
=143+(23a3−32a2−2a−(−143))= \frac{14}{3} + \left( \frac{2}{3}a^3 - \frac{3}{2}a^2 - 2a - \left( -\frac{14}{3} \right) \right)
=23a3−32a2−2a+283= \frac{2}{3}a^3 - \frac{3}{2}a^2 - 2a + \frac{28}{3}
Expressing with a common denominator of 6:
=4a3−9a2−12a+566= \frac{4a^3 - 9a^2 - 12a + 56}{6}
=16(4a3−9a2−12a+56)= \frac{1}{6}(4a^3 - 9a^2 - 12a + 56)

By comparing with the given expression, k=6k = 6.

答案

k=6k = 6

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