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问 lnx 的定积分怎么求 分部积分法定值计算方法

2026-11-08 23:13:44
最佳答案

答

lnx 的定积分求解核心是先用分部积分法求出 lnx 的原函数,再使用牛顿莱布尼茨公式代入上下限做差值运算,lnx 的不定积分原函数是 xlnx 减 x 再加常数 C,所以 lnx 在区间 a 到 b 上的定积分,就等于 b lnb 减 b 减去 a lna 减 a,也就是 b lnb 减 b 减 a lna 加 a。这里有一个关键限制,lnx 定义域要求 x 大于 0,所以定积分上下限必须全部大于 0,如果积分下限等于 0,lnx 在 x 等于 0 处是无界函数,属于反常积分,不能直接套用普通定积分公式,需要用极限方式单独计算。分部积分是求解 lnx 定积分的首选办法,因为 lnx 本身没有直接的积分基本公式,把 lnx 当成 u,把 dx 当成 dv,套用分部积分公式就可以顺利化简,这也是高等数学里面 lnx 定积分最经典的解题思路。

底层原理说明

分部积分通用公式是积分 udv 等于 uv 减去积分 vdu

计算 lnx 定积分的时候,选定 u 等于 lnx,dv 等于 dx

那么 du 等于 x 分之一 dx,v 等于 x

代入分部积分公式,积分 lnx dx 等于 x lnx 减去 积分 x 乘以 x 分之一 dx

后面的积分化简成积分 dx,结果就是 x

所以不定积分结果为 xlnx 减 x 加 C

得到原函数之后,定积分就依靠牛顿莱布尼茨公式,原函数在上限的值减去原函数在下限的值。

标准解题步骤

第一步 确认积分区间全部满足 x 大于 0,排除定义域错误

第二步 使用分部积分求出 lnx 的原函数 Fx 等于 xlnx 减 x

第三步 代入上限 b,计算 Fb 等于 b lnb 减 b

第四步 代入下限 a,计算 Fa 等于 a lna 减 a

第五步 做减法,定积分等于 Fb 减 Fa 等于 b lnb 减 b 减 a lna 加 a

第六步 化简数值,把对数项和常数项合并,算出最终数值结果

例题演示

求 lnx 从 1 到 e 的定积分

原函数 Fx 等于 xlnx 减 x

上限 e Fe 等于 e lne 减 e,lne 等于 1,所以 Fe 等于 e 减 e 等于 0

下限 1 F1 等于 1 乘以 ln1 减 1,ln1 等于 0,所以 F1 等于 0 减 1 等于负 1

定积分等于 Fe 减 F1 等于 0 减负 1 等于 1

反常积分特殊情况

当积分下限是 0,也就是求 lnx 从 0 到 b 的定积分,属于无界反常积分

计算方式是取极限,lim t 趋向 0 正,积分从 t 到 b lnx dx

代入公式得到 lim t 趋向 0 正,b lnb 减 b 减 t lnt 加 t

极限部分 t lnt 在 t 趋近 0 正的时候极限等于 0,所以最终结果等于 b lnb 减 b

这个题型是 lnx 定积分高频易错点,很多同学直接代入 x 等于 0,发现 ln0 无意义,就误以为积分发散,实际这个反常积分是收敛的。

常见题型对照表

积分类型区间特点计算方式
普通定积分上下限都大于 0分部积分求原函数,牛顿莱布尼茨直接代入
下限为 0 反常积分下限趋近 0 正极限定义,单独计算 t lnt 极限
复合 lnx 定积分被积函数是 lnx 乘其他函数仍然优先分部积分,u 继续选 lnx

注意要点

第一 lnx 定积分里面 lnx 真数必须大于 0,上下限不能出现负数或者 0 作为普通定积分下限

第二 分部积分选 u 优先选 lnx,因为求导之后变成 x 分之一,积分难度明显下降

第三 计算的时候 lne 等于 1 ln1 等于 0,这两个特殊值经常用来简化 lnx 定积分运算

第四 如果题目是定积分带参数,需要讨论参数大于 0 的前提,参数小于 0 的时候 lnx 无定义,积分不存在

【常见问题】

问题 1 lnx 的定积分为什么要用分部积分法求解

回答 1 lnx 的定积分没有现成基本积分表公式,使用分部积分法,把 lnx 设为 u,求导之后变成 x 分之一,可以消除对数项,顺利求出 lnx 定积分对应的原函数,再代入上下限算出 lnx 定积分结果。

问题 2 lnx 定积分下限取 0 的时候为什么不能直接代入

回答 1 lnx 定积分下限取 0 的时候,ln0 没有定义,函数在 x 等于 0 附近无界,属于反常积分,不能像普通 lnx 定积分那样直接代入牛顿莱布尼茨公式,需要借助极限来计算 lnx 定积分。

问题 3 lnx 从 1 到 2 的定积分怎么计算

回答 1 lnx 从 1 到 2 的定积分,先得到原函数 xlnx 减 x,代入上限 2 得到 2ln2 减 2,代入下限 1 得到 1ln1 减 1 等于负 1,做差之后 lnx 定积分结果是 2ln2 减 1。

问题 4 lnx 定积分和 lnx 不定积分是什么关系

回答 1 lnx 定积分是在确定区间上的定值,lnx 不定积分是全部原函数族,求解 lnx 定积分第一步必须先求出 lnx 不定积分得到原函数,再利用牛顿莱布尼茨公式完成 lnx 定积分的上下限差值计算。

【免责申明】

本文内容仅用于高等数学知识点学习讲解,属于理论解题演示,做题请结合题目定义域与反常积分收敛判定要求,本文不替代官方教材,不构成考试之外其他决策依据。