题目
设f(lnx)=(ln(1+x))/(x),计算∫f(x)dx.
设f(lnx)=$\frac{ln(1+x)}{x}$,计算∫f(x)dx.
题目解答
答案
解:令lnx=t,则x=et,
∴f(t)=$\frac{ln({e}^{t}+1)}{{e}^{t}}$,
即f(x)=$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$.
∴f′(x)=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-f(x)
∴f(x)=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-f′(x).
∴∫f(x)dx=x-ln(ex+1)-f(x)+C=x-ln(ex+1)-$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$+C.
∴f(t)=$\frac{ln({e}^{t}+1)}{{e}^{t}}$,
即f(x)=$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$.
∴f′(x)=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-f(x)
∴f(x)=$\frac{1}{{e}^{x}+1}$-f′(x).
∴∫f(x)dx=x-ln(ex+1)-f(x)+C=x-ln(ex+1)-$\frac{ln({e}^{x}+1)}{{e}^{x}}$+C.
解析
步骤 1:变量替换
令 $t = \ln x$,则 $x = e^t$,从而 $dx = e^t dt$。
步骤 2:函数替换
将 $x = e^t$ 代入 $f(\ln x)$,得到 $f(t) = \frac{\ln(1 + e^t)}{e^t}$。
步骤 3:积分计算
计算 $\int f(x) dx$,即 $\int \frac{\ln(1 + e^x)}{e^x} dx$。
步骤 4:分部积分
设 $u = \ln(1 + e^x)$,$dv = \frac{1}{e^x} dx$,则 $du = \frac{e^x}{1 + e^x} dx$,$v = -e^{-x}$。
步骤 5:应用分部积分公式
$\int u dv = uv - \int v du$,代入 $u$,$v$,$du$,$dv$,得到 $\int \frac{\ln(1 + e^x)}{e^x} dx = -e^{-x} \ln(1 + e^x) + \int \frac{1}{1 + e^x} dx$。
步骤 6:计算剩余积分
$\int \frac{1}{1 + e^x} dx = \int \frac{e^{-x}}{1 + e^{-x}} dx = -\ln(1 + e^{-x}) + C$。
步骤 7:整理结果
将步骤 5 和步骤 6 的结果合并,得到 $\int f(x) dx = -e^{-x} \ln(1 + e^x) - \ln(1 + e^{-x}) + C$。
令 $t = \ln x$,则 $x = e^t$,从而 $dx = e^t dt$。
步骤 2:函数替换
将 $x = e^t$ 代入 $f(\ln x)$,得到 $f(t) = \frac{\ln(1 + e^t)}{e^t}$。
步骤 3:积分计算
计算 $\int f(x) dx$,即 $\int \frac{\ln(1 + e^x)}{e^x} dx$。
步骤 4:分部积分
设 $u = \ln(1 + e^x)$,$dv = \frac{1}{e^x} dx$,则 $du = \frac{e^x}{1 + e^x} dx$,$v = -e^{-x}$。
步骤 5:应用分部积分公式
$\int u dv = uv - \int v du$,代入 $u$,$v$,$du$,$dv$,得到 $\int \frac{\ln(1 + e^x)}{e^x} dx = -e^{-x} \ln(1 + e^x) + \int \frac{1}{1 + e^x} dx$。
步骤 6:计算剩余积分
$\int \frac{1}{1 + e^x} dx = \int \frac{e^{-x}}{1 + e^{-x}} dx = -\ln(1 + e^{-x}) + C$。
步骤 7:整理结果
将步骤 5 和步骤 6 的结果合并,得到 $\int f(x) dx = -e^{-x} \ln(1 + e^x) - \ln(1 + e^{-x}) + C$。