int dfrac (x+1)({x)^2+x+1}dx.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分式积分的解法,涉及分子拆分、分母配方以及标准积分公式的应用。
解题核心思路:
- 分子拆分:将分子表达为分母的导数与常数的组合,便于拆分积分。
- 分项积分:将原积分拆分为两个更简单的积分之和。
- 分母配方:对二次分母进行配方,转化为标准形式,应用反正切积分公式。
破题关键点:
- 识别分母的导数:分母为$x^2 + x + 1$,其导数为$2x + 1$,与分子$x + 1$存在线性关系。
- 配方处理:将分母配方为$(x + \frac{1}{2})^2 + \left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)^2$,匹配标准积分形式。
步骤1:分子拆分
将分子$x + 1$拆分为分母导数$2x + 1$的线性组合:
$x + 1 = \frac{1}{2}(2x + 1) + \frac{1}{2}$
因此,原积分可拆分为:
$\int \frac{x+1}{x^2 + x + 1} dx = \frac{1}{2} \int \frac{2x + 1}{x^2 + x + 1} dx + \frac{1}{2} \int \frac{1}{x^2 + x + 1} dx$
步骤2:计算第一项积分
第一项积分$\frac{1}{2} \int \frac{2x + 1}{x^2 + x + 1} dx$中,分子为分母的导数,直接积分得:
$\frac{1}{2} \ln|x^2 + x + 1| + C_1$
步骤3:配方处理第二项积分
对分母$x^2 + x + 1$配方:
$x^2 + x + 1 = \left(x + \frac{1}{2}\right)^2 + \left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)^2$
因此,第二项积分变为:
$\frac{1}{2} \int \frac{1}{\left(x + \frac{1}{2}\right)^2 + \left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right)^2} dx$
步骤4:应用反正切积分公式
标准积分公式$\int \frac{1}{u^2 + a^2} du = \frac{1}{a} \arctan\left(\frac{u}{a}\right) + C$,代入得:
$\frac{1}{2} \cdot \frac{2}{\sqrt{3}} \arctan\left(\frac{2x + 1}{\sqrt{3}}\right) + C_2 = \frac{1}{\sqrt{3}} \arctan\left(\frac{2x + 1}{\sqrt{3}}\right) + C_2$
步骤5:合并结果
综合两部分结果,最终积分结果为:
$\frac{1}{2} \ln(x^2 + x + 1) + \frac{1}{\sqrt{3}} \arctan\left(\frac{2x + 1}{\sqrt{3}}\right) + C$