问题:求证
\[\frac{\pi}{6}<\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{4-x^2-x^3}}}<\frac{\pi}{4\sqrt{2}}
\]
过程如下:
注意到不等式两边数值与\(\displaystyle\pi\)有关,那么要对被积函数进行放缩,使其积分出来的原函数与三角函数相关。
一方面
\[\begin{align*}
\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{4-x^2-x^3}}}&>\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{4-x^2}}}
\&=\text{arc}\sin \frac{x}{2}\big|_{0}^{1}
\&=\frac{\pi}{6}
\end{align*}
\]
另一方面,由于\(\displaystyle 0<x<1\),所以有\(\displaystyle x^3<x^2\),因此
\[\begin{align*}
\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{4-x^2-x^3}}}&<\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{4-x^2-x^2}}}
\&=\frac{1}{\sqrt{2}}\int_0^1{\frac{\text{d}x}{\sqrt{2-x^2}}}
\&=\frac{1}{\sqrt{2}}\text{arc}\sin \frac{x}{\sqrt{2}}\big|_{0}^{1}
\&=\frac{\pi}{4\sqrt{2}}
\end{align*}
\]
故原不等式成立。