题目
(26) int dfrac (1-x)(sqrt {9-4{x)^2}}dx

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分母为二次根式的不定积分的解法,需要运用三角替换法进行变量替换,并结合代数运算化简积分表达式。
解题核心思路:
- 观察分母形式:分母为$\sqrt{9-4x^2}$,属于$\sqrt{a^2 - u^2}$类型,适合用三角替换法。
- 变量替换:令$2x = 3\sin t$,将根式转化为三角函数形式,简化积分。
- 分子拆分:将分子$1-x$拆分为与替换变量相关的表达式,分别积分后合并结果。
- 回代变量:将积分结果中的三角函数变量$t$用原变量$x$表示,得到最终答案。
变量替换与化简
- 令$2x = 3\sin t$,则$x = \dfrac{3}{2}\sin t$,$dx = \dfrac{3}{2}\cos t \, dt$。
- 分母化简:$\sqrt{9-4x^2} = \sqrt{9 - 9\sin^2 t} = 3\cos t$。
- 分子表达式:$1 - x = 1 - \dfrac{3}{2}\sin t$。
积分过程
将原积分转化为关于$t$的积分:
$\begin{aligned}\int \frac{1-x}{\sqrt{9-4x^2}} dx &= \int \frac{1 - \dfrac{3}{2}\sin t}{3\cos t} \cdot \dfrac{3}{2}\cos t \, dt \\&= \dfrac{1}{2} \int \left(1 - \dfrac{3}{2}\sin t\right) dt.\end{aligned}$
分项积分
- 积分$\int 1 \, dt$:结果为$t$。
- 积分$\int \sin t \, dt$:结果为$-\cos t$。
合并得:
$\dfrac{1}{2} \left( t + \dfrac{3}{2}\cos t \right) + C.$
回代变量
- $t = \arcsin \dfrac{2}{3}x$。
- $\cos t = \sqrt{1 - \sin^2 t} = \dfrac{\sqrt{9-4x^2}}{3}$。
代入后整理:
$\dfrac{1}{4}\left( \sqrt{9-4x^2} + 2\arcsin \dfrac{2}{3}x \right) + C.$