题目
七、求下列不定积分-|||-56. int ln (sqrt (1+{x)^2}-x)dx;

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分部积分法的应用,以及对复杂被积函数的化简能力。关键在于正确选择分部积分中的$u$和$dv$,并利用代数技巧简化积分过程。
解题核心思路:
- 分部积分法:选择$u = \ln(\sqrt{1+x^2} - x)$,$dv = dx$,将原积分转化为更简单的积分形式。
- 导数化简:通过求导并化简,将复杂的被积函数转化为基本积分形式。
- 换元积分法:对简化后的积分使用换元法,完成最终计算。
破题关键点:
- 识别分部积分的适用性:对数函数的积分通常适合分部积分。
- 导数化简技巧:通过分子分母的变形,将导数结果化简为$\frac{-1}{\sqrt{1+x^2}}$,从而简化后续积分。
分部积分法应用
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设$u$和$dv$:
设$u = \ln(\sqrt{1+x^2} - x)$,则$du = \frac{d}{dx} \ln(\sqrt{1+x^2} - x) \, dx$。
设$dv = dx$,则$v = x$。 -
分部积分公式:
根据分部积分公式$\int u \, dv = uv - \int v \, du$,原积分变为:
$\int \ln(\sqrt{1+x^2} - x) \, dx = x \ln(\sqrt{1+x^2} - x) - \int x \cdot \frac{d}{dx} \ln(\sqrt{1+x^2} - x) \, dx$
导数计算与化简
- 求导并化简:
计算$\frac{d}{dx} \ln(\sqrt{1+x^2} - x)$:
$\frac{d}{dx} \ln(\sqrt{1+x^2} - x) = \frac{1}{\sqrt{1+x^2} - x} \cdot \left( \frac{x}{\sqrt{1+x^2}} - 1 \right)$
通分后分子为$x - \sqrt{1+x^2}$,分母为$\sqrt{1+x^2}(\sqrt{1+x^2} - x)$,约分得:
$\frac{d}{dx} \ln(\sqrt{1+x^2} - x) = \frac{-1}{\sqrt{1+x^2}}$
积分化简与换元
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代入分部积分结果:
原积分变为:
$x \ln(\sqrt{1+x^2} - x) + \int \frac{x}{\sqrt{1+x^2}} \, dx$ -
换元积分法:
设$u = 1+x^2$,则$du = 2x \, dx$,即$x \, dx = \frac{1}{2} du$。积分变为:
$\int \frac{x}{\sqrt{1+x^2}} \, dx = \frac{1}{2} \int \frac{1}{\sqrt{u}} \, du = \sqrt{u} + C = \sqrt{1+x^2} + C$