求:int dfrac (1-ln x)({(x-ln x))^2}dx
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题目解答
答案
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解析
考查要点:本题主要考查分式积分中的换元法应用,需要学生观察分母与分子的结构关系,灵活选择替换变量,将复杂积分转化为简单形式。
解题核心思路:
- 变形分母:将分母$x - \ln x$改写为$x\left(1 - \dfrac{\ln x}{x}\right)$,简化表达式。
- 选择替换变量:设$u = 1 - \dfrac{\ln x}{x}$,利用其导数与分子的关联性,将积分转化为关于$u$的简单积分。
- 回代求解:通过变量替换完成积分后,将结果还原为原变量$x$的形式。
破题关键点:
- 识别分母的变形方式,将$x - \ln x$与$1 - \dfrac{\ln x}{x}$关联。
- 正确计算替换变量的微分,发现分子中的$(1 - \ln x)/x^2 \, dx$与$du$的关系。
步骤1:变形分母
将分母$x - \ln x$改写为$x\left(1 - \dfrac{\ln x}{x}\right)$,则原积分变为:
$\int \frac{1 - \ln x}{\left[x\left(1 - \dfrac{\ln x}{x}\right)\right]^2} \, dx = \int \frac{1 - \ln x}{x^2 \left(1 - \dfrac{\ln x}{x}\right)^2} \, dx.$
步骤2:变量替换
设$u = 1 - \dfrac{\ln x}{x}$,计算其微分:
$du = -\frac{1 - \ln x}{x^2} \, dx \quad \Rightarrow \quad (1 - \ln x) \, dx = -x^2 \, du.$
步骤3:代入积分
将原积分中的$(1 - \ln x)/x^2 \, dx$替换为$-du$,积分变为:
$\int \frac{1}{\left(1 - \dfrac{\ln x}{x}\right)^2} \cdot \frac{1 - \ln x}{x^2} \, dx = -\int \frac{1}{u^2} \, du.$
步骤4:求解新积分
计算关于$u$的积分:
$-\int u^{-2} \, du = -\left(-u^{-1}\right) + C = \frac{1}{u} + C.$
步骤5:回代变量
将$u = 1 - \dfrac{\ln x}{x}$代入,化简得:
$\frac{1}{1 - \dfrac{\ln x}{x}} + C = \frac{x}{x - \ln x} + C.$