曲线积分变量替换：如何将$\int_0^1 \frac{y^2}{\sqrt{1-y^2}}dy$转化为$\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^2tdt$？

曲线积分变量替换详解：化简定积分

本文详细解释如何通过变量替换，将定积分 $\int_0^1 \frac{y^2}{\sqrt{1-y^2}}dy$ 简化为 $\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^2tdt$。 许多同学在处理这类积分时会遇到困难。

并非采用极坐标变换，而是利用简单的变量替换法即可解决。 关键在于选择合适的替换变量。

解题步骤：

我们选择替换变量 $y = \sin(t)$。 由于原积分区间为 $0 \le y \le 1$，则对应的 $t$ 的区间为 $0 \le t \le \frac{\pi}{2}$。在这个区间内，$\sin(t)$ 和 $\cos(t)$ 均为非负数。

1. 替换变量: 将 $y = \sin(t)$ 代入原积分式：$\int_0^1 \frac{y^2}{\sqrt{1-y^2}}dy$

2. 替换积分限: 当 $y = 0$ 时，$t = 0$；当 $y = 1$ 时，$t = \frac{\pi}{2}$。

3. 计算微分: 对 $y = \sin(t)$ 求导，得到 $dy = \cos(t)dt$

4. 代入积分式: 将 $y = \sin(t)$ 和 $dy = \cos(t)dt$ 代入原积分式：

   $\int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin^2t}{\sqrt{1-\sin^2t}} \cos(t) dt$

5. 化简: 由于 $1 - \sin^2t = \cos^2t$，且在 $0 \le t \le \frac{\pi}{2}$ 区间内 $\cos(t) \ge 0$，所以 $\sqrt{1-\sin^2t} = \sqrt{\cos^2t} = \cos(t)$。 代入后，积分式变为：

   $\int_0^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin^2t}{\cos(t)} \cos(t) dt$

6. 最终结果: 化简后，得到：

   $\int_0^{\frac{\pi}{2}} \sin^2t dt$

通过这个巧妙的变量替换，我们成功地将一个复杂的积分简化为一个更容易计算的形式。 记住，选择合适的替换变量以及正确处理积分限和微分项是解题的关键。

以上是曲线积分变量替换：如何将$\int_0^1 \frac{y^2}{\sqrt{1-y^2}}dy$转化为$\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^2tdt$？的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！