题目
计算不定积分 int dfrac (2x+1)(sqrt {4-{x)^2}}dx .

题目解答
答案

解析
步骤 1:代换
令 $x=2\sin t$,其中 $-\dfrac {\pi }{2}\lt t\lt \dfrac {\pi }{2}$,则 $dx=2\cos tdt$。
步骤 2:代入
将 $x=2\sin t$ 和 $dx=2\cos tdt$ 代入原积分,得到
$$
\int \dfrac {2x+1}{\sqrt {4-{x}^{2}}}dx = \int \dfrac {2\cdot 2\sin t+1}{\sqrt {4-(2\sin t)^2}}2\cos tdt
$$
步骤 3:化简
化简上式,得到
$$
\int \dfrac {4\sin t+1}{\sqrt {4-4\sin^2 t}}2\cos tdt = \int \dfrac {4\sin t+1}{2\cos t}2\cos tdt = \int (4\sin t+1)dt
$$
步骤 4:积分
对上式进行积分,得到
$$
\int (4\sin t+1)dt = -4\cos t + t + C
$$
步骤 5:反代换
将 $t=\arcsin \dfrac {x}{2}$ 代入上式,得到
$$
-4\cos t + t + C = -4\sqrt {1-\sin^2 t} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -4\sqrt {1-\left(\dfrac {x}{2}\right)^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C
$$
步骤 6:化简
化简上式,得到
$$
-4\sqrt {1-\left(\dfrac {x}{2}\right)^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -4\sqrt {1-\dfrac {x^2}{4}} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -2\sqrt {4-x^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C
$$
令 $x=2\sin t$,其中 $-\dfrac {\pi }{2}\lt t\lt \dfrac {\pi }{2}$,则 $dx=2\cos tdt$。
步骤 2:代入
将 $x=2\sin t$ 和 $dx=2\cos tdt$ 代入原积分,得到
$$
\int \dfrac {2x+1}{\sqrt {4-{x}^{2}}}dx = \int \dfrac {2\cdot 2\sin t+1}{\sqrt {4-(2\sin t)^2}}2\cos tdt
$$
步骤 3:化简
化简上式,得到
$$
\int \dfrac {4\sin t+1}{\sqrt {4-4\sin^2 t}}2\cos tdt = \int \dfrac {4\sin t+1}{2\cos t}2\cos tdt = \int (4\sin t+1)dt
$$
步骤 4:积分
对上式进行积分,得到
$$
\int (4\sin t+1)dt = -4\cos t + t + C
$$
步骤 5:反代换
将 $t=\arcsin \dfrac {x}{2}$ 代入上式,得到
$$
-4\cos t + t + C = -4\sqrt {1-\sin^2 t} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -4\sqrt {1-\left(\dfrac {x}{2}\right)^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C
$$
步骤 6:化简
化简上式,得到
$$
-4\sqrt {1-\left(\dfrac {x}{2}\right)^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -4\sqrt {1-\dfrac {x^2}{4}} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C = -2\sqrt {4-x^2} + \arcsin \dfrac {x}{2} + C
$$