求(int )_(1)^+infty dfrac (dx)(xsqrt {2{x)^2-1}}=
求
题目解答
答案
解:
∵
且
所以上式就可以转换为
即:



故综上所述,答案为
解析
考查要点:本题主要考查无穷限积分的计算,需要掌握变量替换法将复杂积分转化为标准形式的能力,以及对反三角函数积分公式的应用。
解题核心思路:
- 观察被积函数结构,分母中的$\sqrt{2x^2 -1}$提示可能通过代数替换简化表达式。
- 引入变量替换,令$u = \dfrac{1}{\sqrt{2}x}$,将原积分转化为关于$u$的标准反正弦积分形式。
- 处理积分上下限,注意替换后上下限的变化及符号调整,最终通过反三角函数的不定积分公式求解。
破题关键点:
- 正确选择替换变量,使得根号内表达式简化为$1 - u^2$的形式。
- 准确计算微分关系,确保替换后积分表达式与原式等价。
- 灵活应用积分公式,将积分转化为$\int \dfrac{du}{\sqrt{1 - u^2}}$的标准形式。
变量替换:
令$u = \dfrac{1}{\sqrt{2}x}$,则$x = \dfrac{1}{\sqrt{2}u}$,微分关系为:
$du = -\dfrac{1}{\sqrt{2}x^2}dx \quad \Rightarrow \quad dx = -\sqrt{2}x^2 du$
积分上下限调整:
当$x = 1$时,$u = \dfrac{1}{\sqrt{2}}$;当$x \to +\infty$时,$u \to 0$。因此,原积分变为:
$\int_{1}^{+\infty} \dfrac{dx}{x\sqrt{2x^2 -1}} = \int_{\frac{1}{\sqrt{2}}}^{0} \dfrac{-\sqrt{2}x^2 du}{x\sqrt{2x^2 -1}}$
化简被积函数:
将$x = \dfrac{1}{\sqrt{2}u}$代入分母:
$\sqrt{2x^2 -1} = \sqrt{2 \cdot \dfrac{1}{2u^2} -1} = \sqrt{\dfrac{1}{u^2} -1} = \dfrac{\sqrt{1 - u^2}}{u}$
代入积分表达式并化简:
$\begin{aligned}\text{原积分} &= \int_{\frac{1}{\sqrt{2}}}^{0} \dfrac{-\sqrt{2} \cdot \dfrac{1}{2u^2} du}{\dfrac{1}{\sqrt{2}u} \cdot \dfrac{\sqrt{1 - u^2}}{u}} \\&= \int_{\frac{1}{\sqrt{2}}}^{0} \dfrac{-\sqrt{2} \cdot \dfrac{1}{2u^2} du}{\dfrac{\sqrt{1 - u^2}}{\sqrt{2}u^2}} \\&= -\int_{\frac{1}{\sqrt{2}}}^{0} \dfrac{du}{\sqrt{1 - u^2}}\end{aligned}$
计算积分:
利用标准积分公式$\int \dfrac{du}{\sqrt{1 - u^2}} = \arcsin u + C$,得:
$-\left[ \arcsin u \right]_{\frac{1}{\sqrt{2}}}^{0} = -\left( \arcsin 0 - \arcsin \dfrac{1}{\sqrt{2}} \right) = -\left( 0 - \dfrac{\pi}{4} \right) = \dfrac{\pi}{4}$