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数学
题目

10.设函数f(x)在[a,b]上连续,证明:int_(a)^bf(a+b-x)dx=int_(a)^bf(x)dx。

10.设函数f(x)在[a,b]上连续,证明:$\int_{a}^{b}f(a+b-x)dx=\int_{a}^{b}f(x)dx$。

题目解答

答案

设 $t = a + b - x$,则 $dt = -dx$。当 $x = a$ 时,$t = b$;当 $x = b$ 时,$t = a$。代入积分得: \[ \int_{a}^{b} f(a+b-x) \, dx = -\int_{b}^{a} f(t) \, dt = \int_{a}^{b} f(t) \, dt \] 由于积分变量不影响结果,故: \[ \int_{a}^{b} f(t) \, dt = \int_{a}^{b} f(x) \, dx \] 因此,原等式成立: \[ \boxed{\int_{a}^{b} f(a+b-x) \, dx = \int_{a}^{b} f(x) \, dx} \]

解析

本题考查定积分的换元法。解题的关键思路是通过合适的变量代换,将被积函数中的\\(a+b - x\)进行转化,然后利用定积分的性质来证明等式成立。

  1. 进行变量代换:
    • 设$t = a a + b - x$,对$t$求关于$x$的导数,根据求导公式$(u+v - w)^\prime=u^\prime+v^\prime - w^\prime$,这里$u = a$,$v = b$,$w = x$,常数的导数为$0$,$x$的导数为$1$,可得$dt=-dx$。
    • 确定新的积分上下限:
      • 当$x = a$时,将$x = a$代入$t = a + b - x$和$t$的表达式中,可得$t=a + b - a=b$。
      • 当$x = b$时,将$x = b$代入$t = a + b - x$中,可得$t=a + b - b=a$。
  2. 代入原积分并化简:
    • 将$t = a + b - x$,$dt=-dx$以及新的积分上下限代入$\int_{a}^{b}f(a + b - x)dx$中,得到$\int_{a}^{b}f(a + b - x)dx=-\int_{b}^{a}f(t)dt}$。
    • 根据定积分的性质$\int_{a}^{b}f(x)dx=-\int_{b}^{a}f(x)dx$,对$-\int_{b}^{a}f(t)dt$进行变换,可得$-\int_{a}^{b}f(t)dt$。
  3. 根据积分变量的无关性得出结论:
    • 定积分的值只与被积函数和积分区间有关,而与积分变量的符号无关。所以$\int_{a}^{b}f(t)dt=\int_{a}^{b}f(x)dx$。
    • 综上,$\int_{a}^{b}f(a + b - x)dx=\int_{a}^{b}f(x)dx$,原等式得证。
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