微积分学示例

$\int_{1}^{e^{2}} \frac{\ln (x)}{x} d x$

解题步骤 1

使 $u = \ln (x)$ 。然后使 $d u = \frac{1}{x} d x$ ，以便 $x d u = d x$ 。使用 $u$ 和 $d$ $u$ 进行重写。

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解题步骤 1.1

设 $u = \ln (x)$ 。求 $\frac{d u}{d x}$ 。

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解题步骤 1.1.1

对 $\ln (x)$ 求导。

$\frac{d}{d x} [\ln (x)]$

解题步骤 1.1.2

$\ln (x)$ 对 $x$ 的导数为 $\frac{1}{x}$ 。

$\frac{1}{x}$

解题步骤 1.2

将下限代入替换 $u = \ln (x)$ 中的 $x$ 。

$u_{lower} = \ln (1)$

解题步骤 1.3

$1$ 的自然对数为 $0$ 。

$u_{lower} = 0$

解题步骤 1.4

将上限代入替换 $u = \ln (x)$ 中的 $x$ 。

$u_{upper} = \ln (e^{2})$

解题步骤 1.5

化简。

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解题步骤 1.5.1

使用对数规则把 $2$ 移到指数外部。

$u_{upper} = 2 \ln (e)$

解题步骤 1.5.2

$e$ 的自然对数为 $1$ 。

$u_{upper} = 2 \cdot 1$

解题步骤 1.5.3

将 $2$ 乘以 $1$ 。

$u_{upper} = 2$

解题步骤 1.6

求得的 $u_{lower}$ 和 $u_{upper}$ 的值将用来计算定积分。

$u_{lower} = 0$

$u_{upper} = 2$

解题步骤 1.7

使用 $u$ 、 $d u$ 以及积分的新极限重写该问题。

$\int_{0}^{2} u d u$

解题步骤 2

根据幂法则， $u$ 对 $u$ 的积分是 $\frac{1}{2} u^{2}$ 。

$\frac{1}{2} u^{2}]_{0}^{2}$

解题步骤 3

代入并化简。

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解题步骤 3.1

计算 $\frac{1}{2} u^{2}$ 在 $2$ 处和在 $0$ 处的值。

$(\frac{1}{2} \cdot 2^{2}) - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2

化简。

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解题步骤 3.2.1

对 $2$ 进行 $2$ 次方运算。

$\frac{1}{2} \cdot 4 - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.2

组合 $\frac{1}{2}$ 和 $4$ 。

$\frac{4}{2} - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.3

约去 $4$ 和 $2$ 的公因数。

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解题步骤 3.2.3.1

从 $4$ 中分解出因数 $2$ 。

$\frac{2 \cdot 2}{2} - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.3.2

约去公因数。

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解题步骤 3.2.3.2.1

从 $2$ 中分解出因数 $2$ 。

$\frac{2 \cdot 2}{2 (1)} - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.3.2.2

约去公因数。

$\frac{2 \cdot 2}{2 \cdot 1} - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.3.2.3

重写表达式。

$\frac{2}{1} - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.3.2.4

用 $2$ 除以 $1$ 。

$2 - \frac{1}{2} \cdot 0^{2}$

解题步骤 3.2.4

对 $0$ 进行任意正数次方的运算均得到 $0$ 。

$2 - \frac{1}{2} \cdot 0$

解题步骤 3.2.5

将 $0$ 乘以 $- 1$ 。

$2 + 0 (\frac{1}{2})$

解题步骤 3.2.6

将 $0$ 乘以 $\frac{1}{2}$ 。

$2 + 0$

解题步骤 3.2.7

将 $2$ 和 $0$ 相加。

$2$

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