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arctanx在0到1的定积分

arctanx在0到1的定积分

`arctanx` 在区间 \\(0, 1\\) 的定积分可以通过分部积分法来计算。

令 `u = arctanx`,则 `x = tan(u)`,`dx = \\sec^2(u) du`。

积分区间也随之改变,当 `x = 0` 时,`u = arctan(0) = 0`;当 `x = 1` 时,`u = arctan(1) = \\frac{\\pi}{4}`。

所以积分变为:

\\(\\int_{0}^{1} arctanx \\, dx = \\int_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} u \\sec^2(u) \\, du\\)

使用分部积分法,令 `dv = \\sec^2(u) du`,则 `v = \\tan(u)`,`w = u`,`dw = du`。

根据分部积分公式 \\(\\int w \\, dv = wv - \\int v \\, dw\\),我们得到:

\\(\\int_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} u \\sec^2(u) \\, du = \\left. u \\tan(u) \\right|_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} - \\int_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} \\tan(u) \\, du\\)

计算第一部分:

\\(\\left. u \\tan(u) \\right|_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} = \\frac{\\pi}{4} \\tan\\left(\\frac{\\pi}{4}\\right) - 0 \\tan(0) = \\frac{\\pi}{4} - 0 = \\frac{\\pi}{4}\\)

计算第二部分,使用 \\(\\int \\tan(u) \\, du = -\\ln|\\cos(u)| + C\\) 得到:

\\(- \\int_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} \\tan(u) \\, du = -\\left. \\ln|\\cos(u)| \\right|_{0}^{\\frac{\\pi}{4}} = -\\left( \\ln\\left|\\cos\\left(\\frac{\\pi}{4}\\right)\\right| - \\ln\\left|\\cos(0)\\right| \\right) = -\\left( \\ln\\left(\\frac{\\sqrt{2}}{2}\\right) - \\ln(1) \\right) = \\frac{\\ln 2}{2}\\)

因此,最终的积分结果是:

\\(\\int_{0}^{1} arctanx \\, dx = \\frac{\\pi}{4} - \\frac{\\ln 2}{2}\\)

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