.int dfrac ({(x+1))^2}({({x)^2+1)}^2}dx.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分式积分的拆分与计算技巧,涉及有理函数的积分、换元积分法以及分部积分法的应用。
解题核心思路:
- 展开分子,将被积函数拆分为多个简单分式的和,便于逐项积分。
- 灵活变形:将分子中的$x^2$拆分为$(x^2+1)-1$,简化分式结构。
- 抵消冗余项:通过拆分后的分式组合,发现部分积分项可相互抵消,减少计算量。
- 换元积分:对含$2x$的分式直接使用换元法,快速求解。
破题关键点:
- 拆分技巧:将分子$x^2$变形为$(x^2+1)-1$,使分式拆分后出现可抵消的项。
- 抵消冗余:通过拆分后的分式组合,发现$-1/(x^2+1)^2$与$+1/(x^2+1)^2$抵消,简化计算。
- 换元法应用:对$\int \frac{2x}{(x^2+1)^2}dx$直接令$u = x^2+1$,快速求解。
原式展开与拆分:
$\begin{aligned}\int \frac{(x+1)^2}{(x^2+1)^2}dx &= \int \frac{x^2 + 2x + 1}{(x^2+1)^2}dx \\&= \int \frac{x^2}{(x^2+1)^2}dx + \int \frac{2x}{(x^2+1)^2}dx + \int \frac{1}{(x^2+1)^2}dx\end{aligned}$
变形简化分式:
将$x^2$拆分为$(x^2+1)-1$,则第一项分式变形为:
$\frac{x^2}{(x^2+1)^2} = \frac{(x^2+1)-1}{(x^2+1)^2} = \frac{1}{x^2+1} - \frac{1}{(x^2+1)^2}$
代入并抵消冗余项:
原式变为:
$\begin{aligned}&\int \left( \frac{1}{x^2+1} - \frac{1}{(x^2+1)^2} \right) dx + \int \frac{2x}{(x^2+1)^2}dx + \int \frac{1}{(x^2+1)^2}dx \\&= \int \frac{1}{x^2+1}dx + \int \frac{2x}{(x^2+1)^2}dx\end{aligned}$
逐项积分:
-
第一项:
$\int \frac{1}{x^2+1}dx = \arctan x + C_1$ -
第二项(换元法):
令$u = x^2+1$,则$du = 2x dx$,积分变为:
$\int \frac{2x}{(x^2+1)^2}dx = \int \frac{du}{u^2} = -\frac{1}{u} + C_2 = -\frac{1}{x^2+1} + C_2$
合并结果:
$\arctan x - \frac{1}{x^2+1} + C$