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分析 >> 数学分析 >> 定积分
Questions in category: 定积分 (Definite Integral).

求 $I_n=\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\tan^n\theta\mathrm{d}\theta$.

Posted by haifeng on 2021-01-07 08:38:47 last update 2022-11-07 08:30:04 | Answers (2)


求 $I_n=\displaystyle\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\tan^n\theta\mathrm{d}\theta$.

 

特别的, 

\[
I_1=\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\tan\theta\mathrm{d}\theta=\frac{1}{2}\ln 2,
\]

\[
I_2=\int_{0}^{\frac{\pi}{4}}\tan^2\theta\mathrm{d}\theta=1-\frac{\pi}{4}.
\]

 

当 $n\geqslant 2$ 时, 有递推公式

\[
I_n=\frac{1}{n-1}-I_{n-2}.
\]

 

\[
I_{2n}=(-1)^n\biggl[\frac{\pi}{4}-(1-\frac{1}{3}+\frac{1}{5}-\cdots+\frac{(-1)^{n-1}}{2n-1})\biggr]
\]

这里 $I_{2n}$ 参见 [1]

 


对于 $\tan^n x$ 的不定积分, 也有类似的递推公式. 

若记 $J_n=\int\tan^n x\mathrm{d}x$, ($n\geqslant 2$, 且 $n$ 是整数.) 则有

\[
J_n=\frac{1}{n-1}\tan^{n-1}x-J_{n-2} .
\]

 

 


References:

[1] 吉米多维奇, 问题2283