2、计算下列定积分。(3)(int )_(0)^1xln (1+(x)^2)dx.
2、计算下列定积分。
(3)
题目解答
答案
解:



解析
考查要点:本题主要考查定积分的计算方法,特别是分部积分法和换元法的综合应用。关键在于选择合适的变量替换或分部策略,将复杂积分转化为简单形式。
解题核心思路:
观察被积函数$x \ln(1+x^2)$,发现$x$与$\ln(1+x^2)$的乘积结构适合分部积分。但更直接的方法是换元法:令$u = 1+x^2$,则$x \, dx$可转化为$du$的一部分,简化积分形式。
破题关键点:
- 换元选择:令$u = 1+x^2$,将原积分转化为关于$u$的简单积分。
- 分部积分应用:在换元后的积分$\int \ln u \, du$中,进一步使用分部积分法求解。
步骤1:换元法简化积分
令$u = 1+x^2$,则$du = 2x \, dx$,即$x \, dx = \dfrac{1}{2} du$。
积分上下限对应变换:
- 当$x=0$时,$u=1$;
- 当$x=1$时,$u=2$。
原积分变为:
$\int_{0}^{1} x \ln(1+x^2) \, dx = \dfrac{1}{2} \int_{1}^{2} \ln u \, du.$
步骤2:分部积分法计算$\int \ln u \, du$
设$v = \ln u$,$dw = du$,则$dv = \dfrac{1}{u} du$,$w = u$。
根据分部积分公式$\int v \, dw = vw - \int w \, dv$:
$\int \ln u \, du = u \ln u - \int u \cdot \dfrac{1}{u} \, du = u \ln u - u + C.$
步骤3:代入上下限并计算
将结果代入定积分:
$\dfrac{1}{2} \left[ u \ln u - u \right]_{1}^{2} = \dfrac{1}{2} \left[ (2 \ln 2 - 2) - (1 \ln 1 - 1) \right].$
由于$\ln 1 = 0$,化简得:
$\dfrac{1}{2} \left( 2 \ln 2 - 2 + 1 \right) = \dfrac{1}{2} (2 \ln 2 - 1) = \ln 2 - \dfrac{1}{2}.$