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高考申論題 105年 [氣象] 應用數學(包括微積分、微分方程與向量分析)

第 一 題

📖 題組:
求出下列積分。(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

∫₀² (3x⁴ + 1/√x + e³ˣ) dx

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本題測驗基礎定積分的操作。解題時應利用積分的線性性質將函數拆解,分別套用多項式冪次法則與指數函數積分公式求出反導數。同時須留意 $1/\sqrt{x}$ 在下限 $x=0$ 處為瑕積分,雖然計算上可直接代入極限值 0,但在推導過程中標示取極限的步驟能展現更嚴謹的數理邏輯。

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【解題思路】利用積分線性性質將各項分離,分別求出反導數後,代入微積分基本定理求值;並以極限概念嚴謹處理 $x=0$ 處的瑕積分。 【詳解】 已知:

小題 (二)

∫₀^{π/4} cos(3x) dx

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看到三角函數的定積分,應立即想到使用基本積分公式或簡單的變數變換。利用 $\int \cos(kx) dx = \frac{1}{k} \sin(kx) + C$,直接套用公式並代入積分上下限即可求得精確數值。

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【解題思路】利用三角函數的基本積分公式與微積分基本定理直接求解。 【詳解】 已知:欲求定積分 $\int_0^{\pi/4} \cos(3x) dx$

小題 (三)

∫_{π/4}^{π/2} cos³(x)sin(x) dx

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看到三角函數相乘,且其中一項(sin(x))恰好為另一項(cos(x))的導數形式,應直覺想到「變數代換法(Substitution Rule)」。將帶有高次冪的 cos(x) 設為 u,並注意同步轉換積分上下限,即可將三角積分化簡為簡單的多項式積分。

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【解題思路】觀察被積函數中包含 $\cos(x)$ 的冪次與其導數 $\sin(x)$,故可利用變數代換法(Substitution Rule)求解。 【詳解】 已知:欲求定積分 $\int_{\pi/4}^{\pi/2} \cos^3(x)\sin(x) , dx$

小題 (四)

∫₁² (1/(2x)) dx

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看到此定積分題,首先應將常數 1/2 提出積分號外以簡化算式。接著利用基本積分公式 ∫(1/x)dx = ln|x| 求出反導數,最後利用微積分基本定理代入積分上下限求解即可。

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【解題思路】提出常數並利用對數函數之基本積分公式與微積分基本定理求解。 【詳解】 已知:求定積分 $\int_1^2 \frac{1}{2x} dx$

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