int dfrac (ln x)({(1+{x)^2)}^3/2}dx;
;
题目解答
答案
因为
,
所以 ![]()
.
解析
考查要点:本题主要考查分部积分法和三角替换法的综合应用,涉及对复杂积分的拆分与处理。
解题核心思路:
- 分部积分法的选择:将积分拆分为两部分,其中一部分通过已知积分简化。
- 三角替换法的应用:处理形如$(1+x^2)^{3/2}$的分母结构,通过$x = \tan t$简化积分。
- 关键步骤:通过分部积分将原积分转化为更简单的积分形式,最终结合对数函数的积分结果。
步骤1:计算辅助积分 $\int \frac{1}{(1+x^2)^{3/2}} dx$
三角替换:令 $x = \tan t$,则 $dx = \sec^2 t \, dt$,且 $1 + x^2 = \sec^2 t$。
代入后积分变为:
$\int \frac{\sec^2 t}{(\sec^3 t)} dt = \int \cos t \, dt = \sin t + C.$
回代:$\sin t = \frac{x}{\sqrt{1+x^2}}$,故结果为:
$\frac{x}{\sqrt{1+x^2}} + C.$
步骤2:应用分部积分法
设 $u = \ln x$,则 $du = \frac{1}{x} dx$;
设 $dv = \frac{1}{(1+x^2)^{3/2}} dx$,则 $v = \frac{x}{\sqrt{1+x^2}}$(由步骤1结果)。
分部积分公式:
$\int u \, dv = uv - \int v \, du.$
代入得:
$\frac{x \ln x}{\sqrt{1+x^2}} - \int \frac{x}{\sqrt{1+x^2}} \cdot \frac{1}{x} dx.$
步骤3:简化剩余积分
剩余积分 $\int \frac{1}{\sqrt{1+x^2}} dx$ 的标准结果为:
$\ln \left( x + \sqrt{1+x^2} \right) + C.$
步骤4:组合结果
最终结果为:
$\frac{x \ln x}{\sqrt{1+x^2}} - \ln \left( x + \sqrt{1+x^2} \right) + C.$