Номер 10.5, страница 88 - гдз по алгебре 11 класс учебник Мерзляк, Номировский

Глава 2. Интеграл и его применение. Параграф 10. Правила нахождения первообразной. Упражнения - номер 10.5, страница 88.

Учебник.

10.5. Для функции $f$ на промежутке $I$ найдите первообразную $F$, удовлетворяющую данному условию:

1) $f(x) = 1 - 2x$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F(3) = 2;$

2) $f(x) = 3x^2 - 4x$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F(1) = 4;$

3) $f(x) = \frac{1}{3}\sin\frac{x}{3} + \frac{1}{2}\cos\frac{x}{2}$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F(\pi) = 7;$

4) $f(x) = \cos\left(\frac{\pi}{4} - 3x\right)$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F\left(\frac{\pi}{4}\right) = 2;$

5) $f(x) = 4 - \frac{1}{x^2}$, $I = (0; +\infty)$, $F\left(\frac{1}{4}\right) = 1;$

6) $f(x) = \frac{7}{x - 4} + \frac{1}{\sqrt{x + 4}}$, $I = (4; +\infty)$, $F(5) = 6;$

7) $f(x) = \frac{3}{\sqrt{6x + 1}}$, $I = \left(-\frac{1}{6}; +\infty\right)$, $F(4) = 7;$

8) $f(x) = e^{3x}$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F(0) = 1;$

9) $f(x) = (2 - 3x)^2$, $I = (-\infty; +\infty)$, $F(1) = 0;$

10) $f(x) = \frac{4}{\cos^2\left(6x - \frac{\pi}{6}\right)}$, $I = \left(-\frac{\pi}{18}; \frac{\pi}{9}\right)$, $F(0) = -\frac{2\sqrt{3}}{9}.

Решение.

Решение 2.

1) Найдем первообразную для функции $f(x) = 1 - 2x$, которая удовлетворяет условию $F(3) = 2$.
Общий вид первообразной (неопределенный интеграл) для данной функции: $F(x) = \int (1 - 2x) dx = x - 2 \cdot \frac{x^2}{2} + C = x - x^2 + C$, где $C$ - константа.
Чтобы найти значение константы $C$, воспользуемся условием $F(3) = 2$: $F(3) = 3 - 3^2 + C = 3 - 9 + C = -6 + C$.
Так как $F(3) = 2$, получаем уравнение: $-6 + C = 2$, откуда $C = 8$.
Таким образом, искомая первообразная имеет вид: $F(x) = x - x^2 + 8$.
Ответ: $F(x) = x - x^2 + 8$.

2) Найдем первообразную для функции $f(x) = 3x^2 - 4x$, которая удовлетворяет условию $F(1) = 4$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int (3x^2 - 4x) dx = 3 \cdot \frac{x^3}{3} - 4 \cdot \frac{x^2}{2} + C = x^3 - 2x^2 + C$.
Используем условие $F(1) = 4$: $F(1) = 1^3 - 2 \cdot 1^2 + C = 1 - 2 + C = -1 + C$.
$-1 + C = 4$, откуда $C = 5$.
Искомая первообразная: $F(x) = x^3 - 2x^2 + 5$.
Ответ: $F(x) = x^3 - 2x^2 + 5$.

3) Найдем первообразную для функции $f(x) = \frac{1}{3}\sin\frac{x}{3} + \frac{1}{2}\cos\frac{x}{2}$, которая удовлетворяет условию $F(\pi) = 7$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int (\frac{1}{3}\sin\frac{x}{3} + \frac{1}{2}\cos\frac{x}{2}) dx = \frac{1}{3} \cdot (-3\cos\frac{x}{3}) + \frac{1}{2} \cdot (2\sin\frac{x}{2}) + C = -\cos\frac{x}{3} + \sin\frac{x}{2} + C$.
Используем условие $F(\pi) = 7$: $F(\pi) = -\cos\frac{\pi}{3} + \sin\frac{\pi}{2} + C = -\frac{1}{2} + 1 + C = \frac{1}{2} + C$.
$\frac{1}{2} + C = 7$, откуда $C = 7 - \frac{1}{2} = \frac{13}{2}$.
Искомая первообразная: $F(x) = -\cos\frac{x}{3} + \sin\frac{x}{2} + \frac{13}{2}$.
Ответ: $F(x) = -\cos\frac{x}{3} + \sin\frac{x}{2} + \frac{13}{2}$.

4) Найдем первообразную для функции $f(x) = \cos(\frac{\pi}{4} - 3x)$, которая удовлетворяет условию $F(\frac{\pi}{4}) = 2$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int \cos(\frac{\pi}{4} - 3x) dx = -\frac{1}{3}\sin(\frac{\pi}{4} - 3x) + C$.
Используем условие $F(\frac{\pi}{4}) = 2$: $F(\frac{\pi}{4}) = -\frac{1}{3}\sin(\frac{\pi}{4} - 3 \cdot \frac{\pi}{4}) + C = -\frac{1}{3}\sin(-\frac{2\pi}{4}) + C = -\frac{1}{3}\sin(-\frac{\pi}{2}) + C = -\frac{1}{3} \cdot (-1) + C = \frac{1}{3} + C$.
$\frac{1}{3} + C = 2$, откуда $C = 2 - \frac{1}{3} = \frac{5}{3}$.
Искомая первообразная: $F(x) = -\frac{1}{3}\sin(\frac{\pi}{4} - 3x) + \frac{5}{3}$.
Ответ: $F(x) = -\frac{1}{3}\sin(\frac{\pi}{4} - 3x) + \frac{5}{3}$.

5) Найдем первообразную для функции $f(x) = 4 - \frac{1}{x^2}$ на промежутке $(0; +\infty)$, которая удовлетворяет условию $F(\frac{1}{4}) = 1$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int (4 - x^{-2}) dx = 4x - \frac{x^{-1}}{-1} + C = 4x + \frac{1}{x} + C$.
Используем условие $F(\frac{1}{4}) = 1$: $F(\frac{1}{4}) = 4 \cdot \frac{1}{4} + \frac{1}{1/4} + C = 1 + 4 + C = 5 + C$.
$5 + C = 1$, откуда $C = -4$.
Искомая первообразная: $F(x) = 4x + \frac{1}{x} - 4$.
Ответ: $F(x) = 4x + \frac{1}{x} - 4$.

6) Найдем первообразную для функции $f(x) = \frac{7}{x - 4} + \frac{1}{\sqrt{x+4}}$ на промежутке $(4; +\infty)$, которая удовлетворяет условию $F(5) = 6$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int (\frac{7}{x - 4} + (x+4)^{-1/2}) dx = 7\ln(x - 4) + \frac{(x+4)^{1/2}}{1/2} + C = 7\ln(x - 4) + 2\sqrt{x+4} + C$. (На промежутке $(4; +\infty)$ имеем $x-4 > 0$, поэтому модуль под логарифмом можно опустить).
Используем условие $F(5) = 6$: $F(5) = 7\ln(5 - 4) + 2\sqrt{5+4} + C = 7\ln(1) + 2\sqrt{9} + C = 7 \cdot 0 + 2 \cdot 3 + C = 6 + C$.
$6 + C = 6$, откуда $C = 0$.
Искомая первообразная: $F(x) = 7\ln(x - 4) + 2\sqrt{x+4}$.
Ответ: $F(x) = 7\ln(x - 4) + 2\sqrt{x+4}$.

7) Найдем первообразную для функции $f(x) = \frac{3}{\sqrt{6x + 1}}$ на промежутке $(-\frac{1}{6}; +\infty)$, которая удовлетворяет условию $F(4) = 7$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int 3(6x + 1)^{-1/2} dx = 3 \cdot \frac{(6x+1)^{1/2}}{1/2 \cdot 6} + C = 3 \cdot \frac{\sqrt{6x+1}}{3} + C = \sqrt{6x+1} + C$.
Используем условие $F(4) = 7$: $F(4) = \sqrt{6 \cdot 4 + 1} + C = \sqrt{25} + C = 5 + C$.
$5 + C = 7$, откуда $C = 2$.
Искомая первообразная: $F(x) = \sqrt{6x+1} + 2$.
Ответ: $F(x) = \sqrt{6x+1} + 2$.

8) Найдем первообразную для функции $f(x) = e^{3x}$, которая удовлетворяет условию $F(0) = 1$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int e^{3x} dx = \frac{1}{3}e^{3x} + C$.
Используем условие $F(0) = 1$: $F(0) = \frac{1}{3}e^{3 \cdot 0} + C = \frac{1}{3}e^0 + C = \frac{1}{3} \cdot 1 + C = \frac{1}{3} + C$.
$\frac{1}{3} + C = 1$, откуда $C = 1 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3}$.
Искомая первообразная: $F(x) = \frac{1}{3}e^{3x} + \frac{2}{3}$.
Ответ: $F(x) = \frac{1}{3}e^{3x} + \frac{2}{3}$.

9) Найдем первообразную для функции $f(x) = (2 - 3x)^2$, которая удовлетворяет условию $F(1) = 0$.
Сначала раскроем скобки: $f(x) = 4 - 12x + 9x^2$.
Теперь найдем общий вид первообразной: $F(x) = \int (4 - 12x + 9x^2) dx = 4x - 12\frac{x^2}{2} + 9\frac{x^3}{3} + C = 4x - 6x^2 + 3x^3 + C$.
Используем условие $F(1) = 0$: $F(1) = 4(1) - 6(1)^2 + 3(1)^3 + C = 4 - 6 + 3 + C = 1 + C$.
$1 + C = 0$, откуда $C = -1$.
Искомая первообразная: $F(x) = 3x^3 - 6x^2 + 4x - 1$.
Ответ: $F(x) = 3x^3 - 6x^2 + 4x - 1$.

10) Найдем первообразную для функции $f(x) = \frac{4}{\cos^2(6x - \frac{\pi}{6})}$, которая удовлетворяет условию $F(0) = -\frac{2\sqrt{3}}{9}$.
Общий вид первообразной: $F(x) = \int \frac{4}{\cos^2(6x - \frac{\pi}{6})} dx = 4 \cdot \frac{1}{6}\tan(6x - \frac{\pi}{6}) + C = \frac{2}{3}\tan(6x - \frac{\pi}{6}) + C$.
Используем условие $F(0) = -\frac{2\sqrt{3}}{9}$: $F(0) = \frac{2}{3}\tan(6 \cdot 0 - \frac{\pi}{6}) + C = \frac{2}{3}\tan(-\frac{\pi}{6}) + C = \frac{2}{3} \cdot (-\frac{\sqrt{3}}{3}) + C = -\frac{2\sqrt{3}}{9} + C$.
$-\frac{2\sqrt{3}}{9} + C = -\frac{2\sqrt{3}}{9}$, откуда $C = 0$.
Искомая первообразная: $F(x) = \frac{2}{3}\tan(6x - \frac{\pi}{6})$.
Ответ: $F(x) = \frac{2}{3}\tan(6x - \frac{\pi}{6})$.