2026 MIT Integration Qualifier Tests
笔者太菜了,只会做资格赛的题,等我哪天上了大学再去进行积分大学习吧。
T1
∫−ππsin2025(x)cos2026(x)dx
注意到,函数
sin2k−1(x),k∈N+ 是奇函数,而
cosk(x),k∈N+ 是偶函数,所以积分函数是奇函数。积分上下界关于
0 对称,且函数值有界,所以答案为
0。
T2
∫e2026ex+xdx
∫e2026ex+xdx=∫e2026exexdx=∫e2026exdex=2026e2026ex+C
T3
∫02026{3⌊x⌋}dx
这里的
{x} 表示取
x 的小数部分。
由于是下取整套一个取小数,所以显然是存在循环节的,不难瞪出来是以
3 为循环节的,所以我们先考虑:
∫03{3⌊x⌋}dx=∫01{30}dx+∫12{31}dx+∫23{32}dx=0+31+32=1
于是,我们就有:
∫02026{3⌊x⌋}dx=675∫03{3⌊x⌋}dx+0=675
T4
∫−112026x′s∣x+∣x+∣⋯+∣x+∣x∣∣⋯∣∣∣dx
嵌套看力竭了,先考虑一部分,即
∣x+∣x∣∣。
不难发现,当
x<0 时有
∣x+∣x∣∣=0,而
x>0 时
∣x+∣x∣∣=2x。
所以我们就可以归纳了,不妨设:
fk(x)={02kxx<0x>0
我们有:
∣x+∣x+fk(x)∣∣={02x+fk(x)x<0x>0 ⇒fk+1(x)=∣x+∣x+fk(x)∣∣
I=∫−11f1013(x)dx=∫012026xdx=1013
T5
∫x+1−x−1dx
∫x+1−x−1dx=∫2x+1+x−1dx=∫2x+1dx+∫2x−1dx=31((x+1)23+(x−1)23)+C
T6
∫1+cosh(x)dx
由于:
cosh(x)=2ex+e−x
所以:
1+cosh(x)=22+ex+e−x=2(e2x+e−2x)2=2cosh2(2x)
I=∫2cosh(2x)dx=22sinh(2x)+C
T7
∫x22ln(x)dx
∫x22ln(x)dx=−∫2ln(x)(−x21)dx⟹u←x1−∫2−ln(u)du=−∫u−ln2du=ln2−11u1−ln2+C=ln2−11(x1)1−ln2+C
T8
∫01/2(n=2∑∞xn)dx
考虑内部的无穷级数,由于积分上下界绝对值小于
1,所以有:
n=2∑∞xn=1−xx2=−(x+1+x−11)
I=−∫021(x+1+x−11)dx=−(2x2+x+ln∣1−x∣)021=ln2−85
T9
∫x2sin(x)dx
分部积分法的应用说是,对于原积分
I,我们有:
I=x2(−cos(x))−∫2x(−cos(x))dx=−x2cos(x)+2∫xcos(x)dx
J=xsin(x)−∫sin(x)dx=xsin(x)+cos(x)+C
带回原式则有:
I=−x2cos(x)+2xsin(x)+2cos(x)+C
T10
∫2ex+x2+1(x−1)2dx
注意力太差了怎么办。
分母形式复杂,考虑将分母整体换元成
f(x),考察
f′(x),易知:
f′(x)=2ex+2x
注意到:
f(x)−f′(x)=x2−2x+1=(x−1)2
I=∫f(x)f(x)−f′(x)dx=x−∫f(x)1df(x)=x−ln∣2ex+x2+1∣+C
T11
∫−11max(0,1−x2−21)dx
考虑黎曼积分的几何意义,发现是
21 单位元去掉
y<21 那一部分的面积,于是我们原积分
I 有:
I=2π−43−6π=3π−43
T12
∫01x2+x+x2+x+⋯dx
考察上述函数极限,我们设
f(x) 为内部的函数,则我们有函数方程:
f2(x)=f(x)+x2+x
考虑将平方项挪到等号一侧,则有:
f2(x)−x2(f(x)−x)(f(x)+x)=f(x)+x=f(x)+x
易知
f(x)+x>0,所以有:
f(x)−x=1⇒f(x)=x+1
由递归操作的单调性和有界性易证函数极限存在,所以原积分
I 有:
I=∫01(x+1)dx=23
T13
∫(cos5(x)−10cos3(x)sin2(x)+5cos(x)sin4(x))dx
注意一下系数,发现三角指数和是
5,三角前的系数是
1,10,5,不难想到杨辉三角中
1,5,10,10,5,1 的那一行,摆明了是让你去凑一个
(Acos(x)+Bsin(x))5 的形式。
但是,你发现
sin 的偶次方项前面的系数的正负竟然是不一样的,再加上
sin 的奇数次方项是没有的,不难想到直接凑成
cos(x)+isin(x) 的形式然后取实部。
I=ℜ[∫(cos(x)+isin(x))5dx]=ℜ[∫e5ixdx]=ℜ[5ie5ix+C]=ℜ[5icos(5x)+isin(5x)+C]=5sin(5x)+C
T14
∫arctan(x)dx
∫arctan(x)dx⟹u←x∫arctan(u)du2=2∫arctan(u)udu
J=arctan(u)2u2−21∫1+u2u2du=arctan(u)2u2−21∫(1−1+u21)du=arctan(u)2u2−2u+2arctan(u)
带回去,再把
u 换回
x 即可:
I=xarctan(x)−x+arctan(x)
T15
∫01000(⌊⌈x⌉⌋+⌈⌊x⌋⌉+⌊{x}⌋+{⌊x⌋}+⌈{x}⌉+{⌈x⌉})dx
分项算,先考虑前两项,内层操作完事之后就直接是整数了,所以等价于内层操作,于是:
I1=500500,I2=499500
第三项取完小数再下取整,那就恒为
0,第四项下取整完再取小数,那也是
0,所以:
I3=I4=0
第五项取完小数再上取整,除掉整数点那就是
1,而整数部分是零测集,可以直接忽略。第六项上取整完再取小数,那就是
0,所以:
I5=1000,I6=0
I=i=1∑6Ii=1001000
T16
∫sin(x)tan(x)sec(x)cos(x)cot(x)csc(x)dx
首先把这个牛鬼蛇神的式子化简,能够得到原积分
I 等于一个很简单的形式:
I=∫sin2(x)cos2(x)dx
现在我们回忆一下
cot(x) 的导数:
cot′(x)=sin2(x)−sin2(x)−cos2(x)=−sin2(x)1
于是你发现:
I=∫(sin2(x)1−1)dx=−cot(x)−x+C
T17
∫−∞∞1+e2xe−x2dx
考虑设内部函数为
f(x),则我们能够注意到:
f(x)+f(−x)=1+e2xe−x2+1+e2xe2xe−x2=e−x2
所以我们有:
2I=∫−∞∞e−x2=π
那么:
I=2π
T18
∫(x2sin2(x)−xsin(2x))dx
我们注意到:
[sin2(x)]′=2sin(x)cos(x)=sin(2x)
于是我们有:
I=∫x2sin2(x)−x[sin2(x)]′dx=−xsin2(x)+C
T19
∫xln(x)ln(ln(x))ln(ln(ln(x)))dx
换元!换元!换元!
I⟹u←ln(x)∫uln(u)ln(ln(u))du⟹v←ln(u)∫vln(v)dv=2v2ln(v)−∫2v2⋅v1dv=2v2ln(v)−4v2+C=2ln2(ln(x))ln(ln(ln(x)))−4ln2(ln(x))+C
T20
∫0π/2cos2(2πcos2(2πcos2(x)))dx
由诱导公式,
cos(2π−x)=sin(x),于是我们有:
J=∫0π/2sin2(2πcos2(2πcos2(x)))dx=∫0π/2cos2(2π−2πcos2(2πcos2(x)))dx
如果我们能够证明函数
2πcos2(2πcos2(x)) 存在一个位于
x=4π 上的对称中心,就可以通过区间再现证明
I=J 了,那么是否存在这样一个对称中心呢?
f(2π−x)=2πcos2(2πsin2(x))=2πcos2(2π−2πcos2(x))=2πsin2(2πcos2(x))
于是:
f(x)+f(2π−x)=2π
所以函数
f(x) 确实存在一个位于
(4π,4π) 的对称中心,所以我们有:
I=J
那么:
2I=I+J=∫02π1dx=2π ⇒I=4π