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含指数函数的微积分基本定理应用:求解变上限积分的导数

含指数函数的微积分基本定理应用:求解变上限积分的导数

嗨,我完全懂你的困扰——这个积分的原函数确实会涉及到指数积分Ei,手动算起来超麻烦,但其实根本不需要去积分!我们只需要把微积分基本定理(FTC)和链式法则结合起来,就能轻松求出导数,全程避开复杂的原函数~

下面一步步来拆解:

  • 先明确核心思路:当变上限积分的上限不是x,而是x的函数时,我们需要用链式法则配合FTC第一部分。
    回忆FTC第一部分:如果$f(t)$是连续函数,$F(t)$是它的原函数(即$F'(t)=f(t)$),那么$\frac{d}{dx}\int_a^x f(t)dt = f(x)$。
  • 设定中间变量:令$u(x) = \sqrt{x} = x{1/2}$,这样原积分就可以写成关于u的积分:$\int_1{u(x)} \frac{e{t2}}{4t} dt$。
  • 应用链式法则求导:
    对x求导时,链式法则告诉我们:
    $$\frac{d}{dx}\int_1^{u(x)} f(t)dt = \left( \frac{d}{du}\int_1^u f(t)dt \right) \cdot \frac{du}{dx}$$
  • 用FTC处理第一部分:
    根据FTC第一部分,$\frac{d}{du}\int_1^u \frac{e{t2}}{4t}dt = \frac{e{u2}}{4u}$——这一步直接把上限u代入被积函数就行,不用积分!
  • 计算$\frac{du}{dx}$:
    因为$u = x^{1/2}$,所以它的导数是$\frac{du}{dx} = \frac{1}{2}x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}}$。
  • 把两部分相乘,再换回x的表达式:
    先把$u = \sqrt{x}$代入第一部分的结果:
    $$\frac{e{u2}}{4u} = \frac{e{(\sqrt{x})2}}{4\sqrt{x}} = \frac{e^x}{4\sqrt{x}}$$
    然后乘以$\frac{du}{dx}$:
    $$\frac{e^x}{4\sqrt{x}} \cdot \frac{1}{2\sqrt{x}} = \frac{e^x}{8x}$$

这样就得到最终结果啦,全程没有用到积分,完美避开了Ei函数😉

备注:内容来源于stack exchange,提问作者wakaranai

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