Lời giải:

\(\int ^{1}_{0}x^2dx=\left.\begin{matrix} 1\\ 0\end{matrix}\right|\frac{x^3}{3}=\frac{1}{3}; \int ^{1}_{0}x^3dx=\left.\begin{matrix} 1\\ 0\end{matrix}\right|\frac{x^4}{4}=\frac{1}{4}\)

\(\frac{1}{3}>\frac{1}{4}\Rightarrow A\) đúng.

Câu B. Xét về mặt điều kiện thì với \(x>0\Rightarrow \frac{1}{x+1}\) luôn có nghĩa, lúc này hàm số mới có tích phân được.

Xét theo định nghĩa nguyên hàm thì luôn đúng vì \(F(x)=\int f(x)dx\Leftrightarrow f(x)=F'(x)\)

Câu D.

\(\int ^b_af(x)dx+\int ^c_bf(x)dx=F(b)-F(a)+F(c)-F(b)\)

\(=F(c)-F(a)=\int ^c_af(x)dx\)

Do đó D đúng.

Do đó câu C sai.

Nếu \(\int ^a_{-a}f(x)dx=2\int ^{a}_0f(x)dx\)

\(\Leftrightarrow F(a)-F(-a)=2F(a)-2F(0)\)

\(\Leftrightarrow F(a)+F(-a)=2F(0)\)

Giả sử cho \(F(x)=x^2\), \(a\neq 0\)thì điều trên hiển nhiên vô lý

Do đó C sai.

a) Xét f(u) = \(\dfrac{u^p}{p}+\dfrac{v^q}{q}-uv,u\ge0\)

( Xem v > 0 vì v = 0 : BĐT luôn đúng )

f '(u) = u^p-1 - v = 0 \(\Leftrightarrow\) u^p-1 = v \(\Leftrightarrow\) u = \(v^{\dfrac{q}{p}}\)

Vẽ bảng biến thiên ( tự vẽ )

Vậy \(uv\le\dfrac{u^p}{p}+\dfrac{v^q}{q}\)

b)* Nếu \(\int\limits^b_a\left|f\left(x\right)\right|^pdx=0\) hay \(\int\limits^b_a\left|g\left(x\right)\right|^qdx=0\)thì \(f\equiv0\)hay \(g\equiv0\) BĐT luôn đúng

Xét \(\int\limits^b_a\left|f\left(x\right)\right|^pdx>0\) và \(\int\limits^b_a\left|g\left(x\right)\right|^qdx>0\)

Áp dụng BĐT câu (a) :

Với \(\left\{{}\begin{matrix}u=\dfrac{\left|f\left(x\right)\right|}{\left(\int\limits^b_a\left|f\left(x\right)\right|^pdx\right)^{\dfrac{1}{p}}}>0\\v=\dfrac{\left|g\left(x\right)\right|}{\left(\int\limits^b_a\left|g\left(x\right)\right|^qdx\right)^{\dfrac{1}{q}}}>0\end{matrix}\right.\)

\(uv\le\dfrac{u^p}{p}+\dfrac{v^q}{q}\left(1\right)\)

Lấy tích phân từ a \(\rightarrow\) b 2 vế BĐT (1) ta được :

\(\int\limits^b_auvdx\le\dfrac{1}{p}+\dfrac{1}{q}=1\)

Vậy : \(\int\limits^b_a\left|f\left(x\right).g\left(x\right)\right|dx\le\left(\int\limits^b_a\left|f\left(x\right)^p\right|dx\right)^{\dfrac{1}{p}}\left(\int\limits^b_a\left|g\left(x\right)^q\right|dx\right)^{\dfrac{1}{q}}\)

\(\Rightarrow\)(Đpcm )

Khi gặp dạng này, ý tưởng là sẽ tìm 1 hàm u(x) sao cho:

\(\int\limits^b_a\left[f'\left(x\right)-u\left(x\right)\right]^2dx=0\) (1)

\(\Rightarrow f'\left(x\right)-u\left(x\right)=0\Rightarrow f'\left(x\right)=u\left(x\right)\)

Khai triển (1), đề cho sẵn \(\left[f'\left(x\right)\right]^2\)  nên đại lượng \(2u\left(x\right).f'\left(x\right)\) và hàm \(u\left(x\right)\) sẽ được suy ra từ việc tích phân từng phần \(\int\limits f\left(x\right)dx\). Cụ thể:

Xét \(I=\dfrac{2}{3}=\int\limits^2_0f\left(x\right)dx\)  

Đặt \(\left\{{}\begin{matrix}u=f\left(x\right)\\dv=dx\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}du=f'\left(x\right)dx\\v=x\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I=x.f\left(x\right)|^2_0-\int\limits^2_0xf'\left(x\right)dx=2-\int\limits^2_0xf'\left(x\right)dx\)

\(\Rightarrow\int\limits^2_0xf'\left(x\right)dx=2-\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3}\) (2)

(Vậy đến đây hàm \(u\left(x\right)\) được xác định là dạng \(u\left(x\right)=k.x\)

Để tìm cụ thể giá trị k:

Từ (1) ta suy luận tiếp:

\(\int\limits^2_0\left[f'\left(x\right)-kx\right]^2dx=0\Leftrightarrow\int\limits^2_0\left[f'\left(x\right)\right]^2-2k\int\limits^2_0x.f'\left(x\right)dx+\int\limits^2_0k^2x^2dx=0\)

\(\Leftrightarrow\dfrac{2}{3}-2k.\dfrac{4}{3}+\dfrac{8}{3}k^2=0\) do \(\int\limits^2_0x^2dx=\dfrac{8}{3}\)

\(\Rightarrow k=\dfrac{1}{2}\) 

\(\Rightarrow u\left(x\right)=\dfrac{1}{2}x\) coi như xong bài toán)

Do đó ta có:

\(\int\limits^2_0\left[f'\left(x\right)\right]^2-\int\limits^2_0xf'\left(x\right)+\dfrac{1}{4}\int\limits^2_0x^2dx=\dfrac{2}{3}-\dfrac{4}{3}+\dfrac{1}{4}.\dfrac{8}{3}=0\)

\(\Rightarrow\int\limits^2_0\left[f'\left(x\right)-\dfrac{1}{2}x\right]^2dx=0\)

\(\Rightarrow f'\left(x\right)-\dfrac{1}{2}x=0\)

\(\Rightarrow f'\left(x\right)=\dfrac{1}{2}x\Rightarrow f\left(x\right)=\dfrac{1}{4}x^2+C\)

Thay \(x=2\Rightarrow1=1+C\Rightarrow C=0\)

\(\Rightarrow f\left(x\right)=\dfrac{1}{4}x^2\)

Xét \(I=\int\limits^1_0x^2f\left(x\right)dx\)

Đặt \(\left\{{}\begin{matrix}u=f\left(x\right)\\dv=x^2dx\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}du=f'\left(x\right)dx\\v=\dfrac{1}{3}x^3\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{3}x^3.f\left(x\right)|^1_0-\dfrac{1}{3}\int\limits^1_0x^3.f'\left(x\right)dx=-\dfrac{1}{3}\int\limits^1_0x^3f'\left(x\right)dx\)

\(\Rightarrow\int\limits^1_0x^3f'\left(x\right)dx=-1\)

Lại có: \(\int\limits^1_0x^6.dx=\dfrac{1}{7}\)

\(\Rightarrow\int\limits^1_0\left[f'\left(x\right)\right]^2dx+14\int\limits^1_0x^3.f'\left(x\right)dx+49.\int\limits^1_0x^6dx=0\)

\(\Rightarrow\int\limits^1_0\left[f'\left(x\right)+7x^3\right]^2dx=0\)

\(\Rightarrow f'\left(x\right)+7x^3=0\)

\(\Rightarrow f'\left(x\right)=-7x^3\)

\(\Rightarrow f\left(x\right)=\int-7x^3dx=-\dfrac{7}{4}x^4+C\)

\(f\left(1\right)=0\Rightarrow C=\dfrac{7}{4}\)

\(\Rightarrow I=\int\limits^1_0\left(-\dfrac{7}{4}x^4+\dfrac{7}{4}\right)dx=...\)

\(f\left(0\right)=-1\Rightarrow f'\left(0\right)+2=0\Leftrightarrow f'\left(0\right)=-2\)

\(\int\limits^1_0f\left(x\right)dx=\int\limits^1_0\dfrac{f'\left(x\right)-x.e^{3x}}{2}dx=\dfrac{1}{2}\int\limits^1_0f'\left(x\right)dx-\dfrac{1}{2}\int\limits^1_0x.e^{3x}dx=\dfrac{1}{2}f\left(x\right)|^1_0-\dfrac{1}{2}\int\limits^1_0xe^{3x}dx\)

\(I_1=\int xe^{3x}dx\)

\(\left\{{}\begin{matrix}u=x\\dv=e^{3x}dx\end{matrix}\right.\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}du=dx\\v=\dfrac{1}{3}e^{3x}\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I_1=\dfrac{1}{3}xe^{3x}-\dfrac{1}{3}\int e^{3x}dx=\dfrac{1}{3}xe^{3x}-\dfrac{1}{9}e^{3x}\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{2}f\left(1\right)-\dfrac{1}{2}f\left(0\right)-\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{3}xe^{3x}-\dfrac{1}{9}e^{3x}\right)|^1_0\)

Èo, tắc chỗ f(1) rồi, vậy đành phải biến đổi để tìm f(x) luôn vậy, hmm

Thử nhân 2 vế với \(e^{2x}\) xem nào:

\(e^{2x}f'\left(x\right)-2e^{2x}f\left(x\right)=x.e^{5x}\Leftrightarrow\left(e^{2x}.f\left(x\right)\right)'=x.e^{5x}\)

Lay nguyen ham 2 ve:

\(e^{2x}.f\left(x\right)=\int x.e^{5x}dx\)

\(\left\{{}\begin{matrix}x=u\\dv=e^{5x}dx\end{matrix}\right.\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}dx=du\\v=\dfrac{1}{5}e^{5x}\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow e^{2x}.f\left(x\right)=\int x.e^{5x}dx=\dfrac{1}{5}x.e^{5x}-\dfrac{1}{5}\int e^{5x}dx=\dfrac{1}{5}xe^{5x}-\dfrac{1}{25}e^{5x}+C\)

\(f\left(0\right)=-1\Leftrightarrow f\left(0\right)=-\dfrac{1}{25}+C=-1\Leftrightarrow C=-\dfrac{24}{25}\)

\(\Rightarrow f\left(x\right)=\dfrac{\dfrac{1}{5}xe^{5x}-\dfrac{1}{25}e^{5x}-\dfrac{24}{25}}{e^{2x}}\)

Vậy là xong rồi \(\Rightarrow f\left(1\right)=...\) , thay vô \(I=\dfrac{1}{2}f\left(1\right)-\dfrac{1}{2}.\left(-1\right)-\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{3}xe^{3x}-\dfrac{1}{9}e^{3x}\right)|^1_0\) là được nha :)

Nguyên tắc:

\(g\left(x\right).f'\left(x\right)+h\left(x\right).f\left(x\right)=p\left(x\right)\)

Đầu tiên luôn biến đổi để \(f'\left(x\right)\) đứng riêng biệt 1 mình:

\(\Rightarrow f'\left(x\right)+\dfrac{h\left(x\right)}{g\left(x\right)}.f\left(x\right)=\dfrac{p\left(x\right)}{g\left(x\right)}\) (1)

Cần thêm/bớt, nhân/chia sao cho biến về dạng:

\(\left[u\left(x\right).f\left(x\right)\right]'=q\left(x\right)\)

\(\Leftrightarrow f'\left(x\right).u\left(x\right)+u'\left(x\right).f\left(x\right)=q\left(x\right)\)

\(\Leftrightarrow f'\left(x\right)+\dfrac{u'\left(x\right)}{u\left(x\right)}.f\left(x\right)=\dfrac{q\left(x\right)}{u\left(x\right)}\)

Chỉ quan tâm vế trái, khi đó ta sẽ thấy hàm đằng trước \(f\left(x\right)\) chính là \(\dfrac{u'\left(x\right)}{u\left(x\right)}\) 

Đồng nhất \(\Rightarrow\dfrac{u'\left(x\right)}{u\left(x\right)}=-2\)

Lấy nguyên hàm 2 vế \(\Rightarrow ln\left|u\left(x\right)\right|=-2x\Rightarrow u\left(x\right)=e^{-2x}\)

Do đó, ở bài toán ban đầu ta cần nhân 2 vế của (1) với \(u\left(x\right)=e^{-2x}\) nghĩa là:

\(f'\left(x\right)-2f\left(x\right)=x.e^{3x}\Leftrightarrow e^{-2x}.f'\left(x\right)-2e^{-2x}.f\left(x\right)=x.e^x\)

\(\Leftrightarrow\left[e^{-2x}.f\left(x\right)\right]'=x.e^x\)

Nguyên hàm 2 vế: \(\Rightarrow e^{-2x}.f\left(x\right)=\left(x-1\right)e^x+C\)

Thay \(x=0\Rightarrow1.f\left(0\right)=-1+C\Rightarrow C=0\)

\(\Rightarrow e^{-2x}.f\left(x\right)=\left(x-1\right)e^x\Rightarrow f\left(x\right)=\left(x-1\right)e^{3x}\)

\(\Rightarrow I=\int\limits^1_0\left(x-1\right)e^{3x}dx=...\)

\(\int\limits^3_{-1}f\left(\left|x\right|\right)dx=\int\limits^0_{-1}f\left(\left|x\right|\right)dx+\int\limits^1_0f\left(\left|x\right|\right)dx+\int\limits^3_1f\left(\left|x\right|\right)dx\)

\(=\int\limits^0_{-1}f\left(-x\right)dx+\int\limits^1_0f\left(x\right)dx+\int\limits^3_1f\left(x\right)dx\)

\(=\int\limits^1_0f\left(x\right)dx+\int\limits^1_0f\left(x\right)dx+\int\limits^3_1f\left(x\right)dx\)

\(=3+3+6=12\)

Đặt \(2x+2=u\Rightarrow2xdx=du\Rightarrow dx=\dfrac{1}{2}du\)

\(\left\{{}\begin{matrix}x=0\Rightarrow u=2\\x=2\Rightarrow u=6\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I=\int\limits^6_2f\left(u\right).\dfrac{1}{2}du=\dfrac{1}{2}\int\limits^6_2f\left(u\right)du=\dfrac{1}{2}\int\limits^6_2f\left(x\right)dx=\dfrac{1}{2}.6=3\)

\(I=\dfrac{1}{2}\int f\left(x^2\right)d\left(x^2\right)=\dfrac{1}{2}x^2\sqrt{\left(x^2\right)^2+1}+C=\dfrac{1}{2}x^2\sqrt{x^4+1}+C\)

Làm tiếp

\(t=\sqrt{x^4+1}\Rightarrow dt=\dfrac{1}{2}.\left(x^4+1\right)^{-\dfrac{1}{2}}.4.x^3=\dfrac{2x^3}{\sqrt{x^4+1}}dx\Rightarrow dx=\dfrac{1}{2}.\dfrac{\sqrt{x^4+1}dt}{x^3}dt\)

\(\Rightarrow\int x.\dfrac{2x^4+1}{\sqrt{x^4+1}}dx=\dfrac{1}{2}\int x.\dfrac{2x^4+1}{\sqrt{x^4+1}}.\dfrac{\sqrt{x^4+1}}{x^3}dt=\dfrac{1}{2}\int\dfrac{2x^4+1}{x^2}dt=\dfrac{1}{2}\int2x^2dt+\dfrac{1}{2}\int\dfrac{dt}{x^2}=\int\sqrt{t^2-1}dt+\dfrac{1}{2}\int\dfrac{dt}{\sqrt{t^2-1}}\)

Tất cả đã về dạng cơ bản

Xet \(I_1=\int\sqrt{t^2-1}dt\)

\(\sqrt{t^2-1}=\dfrac{1}{2}.\dfrac{2t^2-1}{\sqrt{t^2-1}}-\dfrac{1}{2\sqrt{t^2-1}}=\dfrac{1}{2}\left(\sqrt{t^2-1}+\dfrac{t^2}{\sqrt{t^2-1}}\right)-\dfrac{1}{2\sqrt{t^2-1}}\)

\(\left(t\sqrt{t^2-1}\right)'=\sqrt{t^2-1}+\dfrac{t^2}{\sqrt{t^2-1}}\)

\(\Rightarrow\int\sqrt{t^2-1}dt=\dfrac{1}{2}\int\left(t\sqrt{t^2-1}\right)'dt-\dfrac{1}{2}\int\dfrac{dt}{\sqrt{t^2-1}}=\dfrac{1}{2}\left(t\sqrt{t^2-1}\right)-\dfrac{1}{2}ln\left|t+\sqrt{t^2-1}\right|+C\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{2}t\sqrt{t^2-1}-\dfrac{1}{2}ln\left|t+\sqrt{t^2-1}\right|+\dfrac{1}{2}ln\left|t+\sqrt{t^2-1}\right|=\dfrac{1}{2}t\sqrt{t^2-1}=\dfrac{1}{2}.x^2\sqrt{x^4+1}+C\)

Một cách làm khác đến từ vị trí của dân chuyên Toán :v Hãi hơn cái cách mình làm bao nhiêu ra. À bạn ấy làm từ cái tính nguyên hàm \(\int x.\dfrac{2x^4+1}{\sqrt{x^4+1}}dx\) trở đi nhá!