三角函数定积分计算

2024-11-10 17:04:51

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回答（1）：

如图所示，这是由对称性决定的

f(x)=[sin(x)]^4的周期是π，对称轴是x=kπ/2（k为整数）。由对称性、定积分的几何性质知原式成立

(sinx)^2=(1-cos2x)/2，因此(sinx)^2的周期与cos2x相同，等于π

(sinx)^4=[(sinx)^2]^2=[(1-cos2x)/2]^2=(1-cos2x)^2/4=[1-2cos2x+(cos2x)^2]/4=[1-2cos2x+(1+cos4x)/2]/4，(sinx)^4的周期是cos2x的周期（等于π）和cos4x的周期（等于π/2）的最小公倍数，故(sinx)^4的周期是π

以此类推，(sinx)^(2k)=a + b*cos2x + c*cos4x + d*cos6x + ...（k=1,2,3...），周期是π、π/2、π/3……的最小公倍数，即(sinx)^(2k)的周期是π

而(sinx)^(2k)的对称轴是x=kπ/2（k为整数），即在[0,π]内的图形关于x=π/2对称，故有∫(0→π/2)(sinx)^(2k)dx=∫(π/2→π)(sinx)^(2k)dx=(1/2)∫(0→π)(sinx)^(2k)dx

由此推出∫(0→2π)(sinx)^4*dx=2∫(0→π)(sinx)^4*dx=2*2∫(0→π/2)(sinx)^4*dx=4∫(0→π/2)(sinx)^4*dx

回答（2）：

通过降幂以及凑微分法来求定积分，具体可以看图。

回答（3）：

(sin x的n次幂)在0～2分之派上的积分＝(cos x的n次幂)在0～2分之派上的积分=
若n为偶数：(n-1)/n ×（n-3）/（n-2）×```× 3/4 × 1/2 × 派/2
若n为奇数：(n-1)/n ×（n-3）/（n-2）×```× 4/5 × 2/3

回答（4）：

区间[0,2π]的积分区间是[0,π/2]的四倍，由于被积函数是偶函数在每[0,π/2]长度的区间上积分相等，所以上式成立。

回答（5）：

正玄函数与余弦函数的整数次方的积分一般来说分两种，奇数次方可以直接凑微分，偶数次方通常用半角公式降次然后再凑微分，[cos(a–θ)]^2=[1+cos(2a–2θ)]/2,这样变成一次方的积分就简单了，第二题是一样的，先把平方算出来，其中的(cosθ)^2一样处理。