计算int dfrac (dx)(cos x(1+sin x))
计算
题目解答
答案
依题意,求




令
则,








解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算,涉及分式分解、三角恒等式替换及变量代换等技巧。
解题核心思路:
- 分子分母同乘$\cos x$,将积分转化为关于$\sin x$的表达式,便于变量代换。
- 利用三角恒等式$\cos^2 x = 1 - \sin^2 x$简化分母。
- 变量代换$u = \sin x$,将积分转化为有理分式的积分。
- 分式分解将复杂分式拆分为简单分式之和,分别积分后合并结果。
破题关键点:
- 分子分母同乘$\cos x$是关键的第一步,为后续变量代换创造条件。
- 分式分解的正确性直接影响后续积分的复杂度,需确保分解后的分式形式正确。
步骤1:分子分母同乘$\cos x$
原积分变形为:
$\int \frac{\cos x}{\cos^2 x (1 + \sin x)} dx = \int \frac{\cos x}{(1 - \sin^2 x)(1 + \sin x)} dx$
步骤2:变量代换
令$u = \sin x$,则$du = \cos x dx$,积分变为:
$\int \frac{1}{(1 - u^2)(1 + u)} du$
步骤3:分式分解
将分式拆分为:
$\frac{1}{(1 - u^2)(1 + u)} = \frac{1}{(1 - u)(1 + u)^2} = \frac{A}{1 + u} + \frac{B}{(1 + u)^2} + \frac{C}{1 - u}$
通过通分比较系数,可得:
$A = \frac{1}{2}, \quad B = \frac{1}{2}, \quad C = \frac{1}{2}$
因此:
$\frac{1}{(1 - u)(1 + u)^2} = \frac{1}{2} \left( \frac{u}{1 - u^2} + \frac{1}{1 + u} + \frac{1}{(1 + u)^2} \right)$
步骤4:分别积分
- 第一项积分:
$\int \frac{u}{1 - u^2} du = -\frac{1}{2} \ln |1 - u^2| + C_1$ - 第二项积分:
$\int \frac{1}{1 + u} du = \ln |1 + u| + C_2$ - 第三项积分:
$\int \frac{1}{(1 + u)^2} du = -\frac{1}{1 + u} + C_3$
步骤5:合并结果并代回变量
综合上述结果,整理得:
$-\frac{1}{4} \ln |1 - u^2| + \frac{1}{2} \ln |1 + u| - \frac{1}{2(1 + u)} + C$
将$u = \sin x$代回,并利用$\sqrt{1 - u^2} = \cos x$化简对数项,最终结果为:
$\frac{1}{2} \ln \left| \frac{\cos x}{1 + \sin x} \right| + \frac{1}{2(1 + \sin x)} + C$