int dfrac (dx)(x+sqrt {1-{x)^2}}.
.
题目解答
答案
使用三角换元法,令
,则
,
,再将
代入上式得,
解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算,特别是涉及根号和分式结构的积分技巧。关键在于选择合适的换元方法简化积分表达式。
解题核心思路:
当积分中出现$\sqrt{1-x^2}$时,通常采用三角换元法,令$x = \sin u$,将根号部分转化为$\cos u$,从而简化分母结构。随后通过代数变形或分部积分法处理分式,最终将结果转换回原变量$x$。
破题关键点:
- 三角换元:令$x = \sin u$,将$\sqrt{1-x^2}$转化为$\cos u$。
- 分式拆分与联立方程:将积分拆分为两个相关积分,联立求解简化计算。
- 变量回代:将中间变量$u$用$\arcsin x$表示,得到最终结果。
步骤1:三角换元
令$x = \sin u$,则$dx = \cos u \, du$,且$\sqrt{1-x^2} = \cos u$。原积分变为:
$\int \frac{\cos u \, du}{\sin u + \cos u}$
步骤2:拆分积分
将分子$\cos u$拆分为$(\sin u + \cos u) - \sin u$,积分拆分为:
$\int \frac{\cos u}{\sin u + \cos u} \, du = \int \left( 1 - \frac{\sin u}{\sin u + \cos u} \right) du$
步骤3:联立方程求解
设原积分为$I$,则:
$I = \int \frac{\cos u}{\sin u + \cos u} \, du = u - \int \frac{\sin u}{\sin u + \cos u} \, du$
令$J = \int \frac{\sin u}{\sin u + \cos u} \, du$,同理可得:
$J = u - I$
联立得:
$I + J = u, \quad I - J = \ln|\sin u + \cos u|$
解得:
$I = \frac{1}{2} \left( u + \ln|\sin u + \cos u| \right) + C$
步骤4:变量回代
将$u = \arcsin x$,$\sin u + \cos u = x + \sqrt{1-x^2}$代入,得最终结果:
$\frac{1}{2} \arcsin x + \frac{1}{2} \ln|x + \sqrt{1-x^2}| + C$