在解决考研数学二的不定积分问题时,以下是一个典型例题及其解答:
例题:计算不定积分 $\int x^3 e^x \, dx$。
解答:
首先,我们使用分部积分法,设 $u = x^3$,则 $du = 3x^2 \, dx$;设 $dv = e^x \, dx$,则 $v = e^x$。
根据分部积分公式 $\int u \, dv = uv - \int v \, du$,我们有:
$$
\int x^3 e^x \, dx = x^3 e^x - \int 3x^2 e^x \, dx
$$
接着,再次使用分部积分法求解 $\int 3x^2 e^x \, dx$,设 $u = x^2$,则 $du = 2x \, dx$;设 $dv = e^x \, dx$,则 $v = e^x$。
继续应用分部积分公式:
$$
\int 3x^2 e^x \, dx = 3x^2 e^x - \int 6x e^x \, dx
$$
再次使用分部积分法求解 $\int 6x e^x \, dx$,设 $u = x$,则 $du = dx$;设 $dv = e^x \, dx$,则 $v = e^x$。
应用分部积分公式:
$$
\int 6x e^x \, dx = 6x e^x - \int 6 e^x \, dx
$$
计算 $\int 6 e^x \, dx$ 得到 $6e^x$,因此:
$$
\int 6x e^x \, dx = 6x e^x - 6e^x
$$
将这个结果代回前面的积分中,我们得到:
$$
\int 3x^2 e^x \, dx = 3x^2 e^x - (6x e^x - 6e^x) = 3x^2 e^x - 6x e^x + 6e^x
$$
最后,将这个结果代回原始的不定积分中:
$$
\int x^3 e^x \, dx = x^3 e^x - (3x^2 e^x - 6x e^x + 6e^x) = x^3 e^x - 3x^2 e^x + 6x e^x - 6e^x + C
$$
其中 $C$ 是积分常数。这就是 $\int x^3 e^x \, dx$ 的解。
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