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数学
题目

[题目]-|||-(int )_(2)^+infty dfrac (dx)((x+7)sqrt {x-2)}= __

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查定积分的计算,特别是涉及无穷限积分的变量替换方法,以及对标准积分公式的应用。

解题核心思路:

  1. 变量替换:通过令$t = \sqrt{x - 2}$,将原积分转化为关于$t$的有理分式积分,简化积分形式。
  2. 积分公式应用:利用标准积分公式$\int \frac{1}{t^2 + a^2} dt = \frac{1}{a} \arctan\left(\frac{t}{a}\right) + C$,快速求解简化后的积分。
  3. 极限计算:处理无穷上限时,需计算$\arctan$函数在无穷远处的极限值。

破题关键点:

  • 选择合适的代换:根号内的$x - 2$提示令$t = \sqrt{x - 2}$,从而简化积分表达式。
  • 上下限转换:代换后积分上下限从$x=2$对应$t=0$,$x=+\infty$对应$t=+\infty$。
  • 分母化简:将$x + 7$转换为$t^2 + 9$,与$t$结合后形成标准的有理分式形式。

变量替换:
令$t = \sqrt{x - 2}$,则$x = t^2 + 2$,$dx = 2t \, dt$。
当$x = 2$时,$t = 0$;当$x \to +\infty$时,$t \to +\infty$。
原积分变为:
$\int_{0}^{+\infty} \frac{2t \, dt}{(t^2 + 2 + 7) \cdot t} = \int_{0}^{+\infty} \frac{2}{t^2 + 9} \, dt.$

积分计算:
利用标准积分公式$\int \frac{1}{t^2 + a^2} dt = \frac{1}{a} \arctan\left(\frac{t}{a}\right) + C$,其中$a = 3$,得:
$\int_{0}^{+\infty} \frac{2}{t^2 + 9} \, dt = 2 \cdot \left[ \frac{1}{3} \arctan\left(\frac{t}{3}\right) \right]_{0}^{+\infty}.$

极限代入:
当$t \to +\infty$时,$\arctan\left(\frac{t}{3}\right) \to \frac{\pi}{2}$;当$t = 0$时,$\arctan(0) = 0$。因此:
$2 \cdot \frac{1}{3} \left( \frac{\pi}{2} - 0 \right) = \frac{\pi}{3}.$

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