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詳解:利用三角函數的恆等式 \(1 - {\sin ^2}x = {\cos ^2}x\) 為了要脫離根號,令 \(x = 3\sin \theta \quad \Rightarrow \quad \sqrt {9 - {x^2}} = \sqrt {9 - 9{{\sin }^2}\theta } = 3\sqrt {1 - {{\sin }^2}\theta } = 3\cos \theta \) 但還要考慮 \(x = 3\sin \theta \quad \Rightarrow \quad dx = 3\cos \theta d\theta \) \(\int {\sqrt {9 - {x^2}} \;dx} = \)\(\int {3\cos \theta \;dx} = \)\(\int {3\cos \theta \cdot 3\cos \theta \;d\theta } = 9\int {{{\cos }^2}\theta \;d\theta } \) 使用平方化倍角公式 \({\cos ^2}\theta = \frac{{1 + \cos 2\theta }}{2}\) \(9\int {{{\cos }^2}\theta \;d\theta } = \)\(9\int {\frac{{1 + \cos 2\theta }}{2}\;d\theta } = \)\(\frac{9}{2}\int {(1 + \cos 2\theta )\;d\theta } = \)\(\frac{9}{2}(\theta + \frac{1}{2}\sin 2\theta ) + C\) 上式雖然已經解出積分,但表示法不可以 \(\theta \) 表示,現在將 \(\sin 2\theta \) 以倍角公式展開 \(\frac{9}{2}(\theta + \frac{1}{2}\sin 2\theta ) + C = \frac{9}{2}\theta + \frac{9}{2}\sin \theta \cos \theta + C\) \(x = 3\sin \theta \quad \Rightarrow \quad \sin \theta = \frac{x}{3}\quad \),\(\cos \theta = \(\frac{{\sqrt {9 - {x^2}} }}{3}\),\(\theta = Si{n^{ - 1}}\frac{x}{3}\) 取代 \(\theta \) 與 \(\theta \) 的函數 \(\frac{9}{2}\theta + \frac{9}{2}\sin \theta \cos \theta + C\)\( = \frac{9}{2}Si{n^{ - 1}}\frac{x}{3} + \frac{9}{2}\frac{x}{3}\frac{{\sqrt {9 - {x^2}} }}{3} + C\)\( = \frac{9}{2}Si{n^{ - 1}}\frac{x}{3} + \frac{{x\sqrt {9 - {x^2}} }}{2} + C\) |
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