计算下列不定积分:-|||-int dfrac (1+sin x)(1+cos x)cdot (e)^xdx -

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算,涉及分式化简、分部积分法的应用,以及三角恒等式的灵活运用。
解题核心思路:
- 分式化简:将分式 $\dfrac{1+\sin x}{1+\cos x}$ 拆分为两个更简单的分式之和,利用三角恒等式简化表达式。
- 分部积分法:对拆分后的积分分别应用分部积分法,通过巧妙选择分部积分中的 $u$ 和 $dv$,使得积分过程简化。
- 抵消技巧:通过分部积分后的结果与原积分中的另一部分结合,实现积分项的抵消,最终得到简洁的解。
破题关键点:
- 分式拆分:将分子拆分为 $1$ 和 $\sin x$,分别与分母结合,利用三角恒等式 $\cos x = 2\cos^2 \dfrac{x}{2} - 1$ 和 $\sin x = 2\sin \dfrac{x}{2}\cos \dfrac{x}{2}$ 进行化简。
- 分部积分的选择:对 $\sec^2 \dfrac{x}{2}$ 进行分部积分,利用其导数与 $\tan \dfrac{x}{2}$ 的关系,简化计算过程。
步骤 1:分式化简
将分式 $\dfrac{1+\sin x}{1+\cos x}$ 拆分为两部分:
$\begin{aligned}\dfrac{1+\sin x}{1+\cos x} &= \dfrac{1}{1+\cos x} + \dfrac{\sin x}{1+\cos x} \\&= \dfrac{1}{2\cos^2 \dfrac{x}{2}} + \tan \dfrac{x}{2}.\end{aligned}$
步骤 2:拆分积分
原积分变为:
$\int \left( \dfrac{1}{2\cos^2 \dfrac{x}{2}} + \tan \dfrac{x}{2} \right) e^x dx = \dfrac{1}{2} \int \sec^2 \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx + \int \tan \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx.$
步骤 3:分部积分处理第一个积分
对 $\dfrac{1}{2} \int \sec^2 \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx$,设:
- $u = e^x$,则 $du = e^x dx$,
- $dv = \sec^2 \dfrac{x}{2} dx$,则 $v = 2 \tan \dfrac{x}{2}$。
分部积分结果为:
$\begin{aligned}\dfrac{1}{2} \int \sec^2 \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx &= \dfrac{1}{2} \left( e^x \cdot 2 \tan \dfrac{x}{2} - \int 2 \tan \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx \right) \\&= e^x \tan \dfrac{x}{2} - \int \tan \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx.\end{aligned}$
步骤 4:合并积分结果
将分部积分结果与第二个积分相加:
$\begin{aligned}& e^x \tan \dfrac{x}{2} - \int \tan \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx + \int \tan \dfrac{x}{2} \cdot e^x dx \\&= e^x \tan \dfrac{x}{2} + C.\end{aligned}$