求int dfrac (cos x)(sin x+cos x)dx.
求
.
题目解答
答案
将被积函数分子分母同时除以
,得到:
令
,则
设
等式两边同时乘以
,得到:
,即
∴
解得:
∴




∴





故答案是:
.
解析
考查要点:本题主要考查分式积分的处理技巧,包括分子分母同除以三角函数简化表达式、变量替换法以及部分分式分解的应用。解题核心在于通过变形将积分转化为更易处理的形式,并利用代数技巧分解分式。
破题关键:
- 分子分母同除以$\cos x$,将被积函数转化为关于$\tan x$的表达式;
- 变量替换$t = \tan x$,将积分转化为关于$t$的有理分式积分;
- 部分分式分解,将复杂分式拆分为简单分式的组合;
- 积分后化简,利用三角恒等式简化对数项。
步骤1:分子分母同除以$\cos x$
将被积函数变形:
$\frac{\cos x}{\sin x + \cos x} = \frac{1}{1 + \tan x}$
步骤2:变量替换$t = \tan x$
令$t = \tan x$,则$dt = \sec^2 x \, dx = (1 + t^2) dx$,即$dx = \frac{dt}{1 + t^2}$。积分变为:
$\int \frac{1}{1 + t} \cdot \frac{1}{1 + t^2} dt$
步骤3:部分分式分解
将分式$\frac{1}{(1 + t)(1 + t^2)}$分解为:
$\frac{1}{(1 + t)(1 + t^2)} = \frac{A}{1 + t} + \frac{Bt + C}{1 + t^2}$
通过比较系数解得:
$A = \frac{1}{2}, \quad B = -\frac{1}{2}, \quad C = \frac{1}{2}$
步骤4:分项积分
将积分拆分为三部分:
$\begin{aligned}\int \frac{1}{1 + t} \cdot \frac{1}{1 + t^2} dt &= \frac{1}{2} \int \frac{1}{1 + t} dt - \frac{1}{2} \int \frac{t}{1 + t^2} dt + \frac{1}{2} \int \frac{1}{1 + t^2} dt \\&= \frac{1}{2} \ln |1 + t| - \frac{1}{4} \ln (1 + t^2) + \frac{1}{2} \arctan t + C\end{aligned}$
步骤5:回代并化简
将$t = \tan x$代回,并利用三角恒等式$1 + \tan^2 x = \sec^2 x$:
$\begin{aligned}\int \frac{\cos x}{\sin x + \cos x} dx &= \frac{1}{2} \ln |\sec x + \tan x| - \frac{1}{2} \ln |\sec x| + \frac{1}{2} x + C \\&= \frac{1}{2} \ln |\sin x + \cos x| + \frac{1}{2} x + C\end{aligned}$