int dfrac (x-1)({x)^2+2x+3}dx

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查分式积分的解法,特别是通过配方法将分母转化为标准形式,并结合分子拆分进行分项积分的能力。
解题核心思路:
- 配方法:将分母配方为$(x+1)^2 + 2$,简化积分形式。
- 分子拆分:将分子$x-1$拆分为$(x+1)-2$,使其与分母的导数相关联,便于分项积分。
- 分项积分:分别处理与分母导数相关的部分和标准反正切积分形式。
破题关键点:
- 配方法的应用,将二次分母转化为平方和形式。
- 分子拆分的技巧,分离出可积分的结构。
- 标准积分公式的灵活运用,包括$\int \frac{u'}{u^2 + a^2} dx$和$\int \frac{1}{u^2 + a^2} du$。
步骤1:配方分母
将分母$x^2 + 2x + 3$配方:
$x^2 + 2x + 3 = (x+1)^2 + 2.$
步骤2:拆分分子
将分子$x-1$改写为$(x+1) - 2$,原积分变为:
$\int \frac{(x+1) - 2}{(x+1)^2 + 2} dx = \int \frac{x+1}{(x+1)^2 + 2} dx - 2 \int \frac{1}{(x+1)^2 + 2} dx.$
步骤3:分项积分
-
第一项积分:
令$u = (x+1)^2 + 2$,则$du = 2(x+1) dx$,即$(x+1) dx = \frac{du}{2}$,积分变为:
$\int \frac{x+1}{(x+1)^2 + 2} dx = \frac{1}{2} \int \frac{1}{u} du = \frac{1}{2} \ln |u| + C = \frac{1}{2} \ln(x^2 + 2x + 3) + C.$ -
第二项积分:
标准形式$\int \frac{1}{u^2 + a^2} du = \frac{1}{a} \arctan\left(\frac{u}{a}\right) + C$,其中$u = x+1$,$a = \sqrt{2}$,得:
$-2 \int \frac{1}{(x+1)^2 + 2} dx = -2 \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \arctan\left(\frac{x+1}{\sqrt{2}}\right) + C = -\sqrt{2} \arctan\left(\frac{\sqrt{2}}{2}(x+1)\right) + C.$
步骤4:合并结果
综合两部分结果,最终答案为:
$\frac{1}{2} \ln(x^2 + 2x + 3) - \sqrt{2} \arctan\left(\frac{\sqrt{2}}{2}(x+1)\right) + C.$