[题目]求不定积分∫(arcsinx)^2dx·

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分部积分法在不定积分中的应用,特别是处理含有反三角函数的积分。
解题核心思路:
- 分部积分法的选择:将$(\arcsin x)^2$设为$u$,剩余部分$dx$设为$dv$,简化积分形式。
- 二次分部积分:对剩余的积分再次应用分部积分,结合变量替换,将复杂积分转化为基本积分形式。
- 符号与运算细节:注意积分过程中符号的变化,尤其是分部积分公式中的负号处理。
破题关键点:
- 第一次分部积分:通过分部积分将原积分转化为更简单的形式。
- 第二次分部积分:对剩余积分再次分部积分,利用$\sqrt{1-x^2}$的导数简化运算。
第一次分部积分
设$u = (\arcsin x)^2$,则$du = 2\arcsin x \cdot \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} dx$;
设$dv = dx$,则$v = x$。
根据分部积分公式:
$\begin{aligned}\int (\arcsin x)^2 dx &= x(\arcsin x)^2 - \int x \cdot \frac{2\arcsin x}{\sqrt{1-x^2}} dx \\&= x(\arcsin x)^2 + 2\int \frac{x\arcsin x}{\sqrt{1-x^2}} dx.\end{aligned}$
第二次分部积分
对剩余积分$\int \frac{x\arcsin x}{\sqrt{1-x^2}} dx$,令$t = \arcsin x$,则$x = \sin t$,$dx = \cos t dt$,$\sqrt{1-x^2} = \cos t$。代入得:
$\int \frac{\sin t \cdot t}{\cos t} \cdot \cos t dt = \int t \sin t dt.$
再次应用分部积分,设$u = t$,$dv = \sin t dt$,则$du = dt$,$v = -\cos t$:
$\begin{aligned}\int t \sin t dt &= -t\cos t + \int \cos t dt \\&= -t\cos t + \sin t + C \\&= -\arcsin x \cdot \sqrt{1-x^2} + x + C.\end{aligned}$
整合结果
将两次分部积分的结果代入原式:
$\begin{aligned}\int (\arcsin x)^2 dx &= x(\arcsin x)^2 + 2\left(-\arcsin x \cdot \sqrt{1-x^2} + x\right) + C \\&= x(\arcsin x)^2 + 2\arcsin x \cdot \sqrt{1-x^2} - 2x + C.\end{aligned}$