题目
1.int(x^5)/(sqrt[3](1+x^3) )dx=____
1.$\int\frac{x^{5}}{\sqrt[3]{1+x^{3}} }dx=$____
题目解答
答案
令 $t = 1 + x^3$,则 $dt = 3x^2 \, dx$,即 $x^2 \, dx = \frac{1}{3} dt$。
原积分变为:
\[
\int \frac{x^5}{\sqrt[3]{t}} \, dx = \int \frac{x^3 \cdot x^2}{\sqrt[3]{t}} \, dx = \frac{1}{3} \int \frac{(t-1)}{t^{1/3}} \, dt = \frac{1}{3} \int \left( t^{2/3} - t^{-1/3} \right) \, dt.
\]
分别积分得:
\[
\frac{1}{3} \left( \frac{3}{5} t^{5/3} - \frac{3}{2} t^{2/3} \right) + C = \frac{1}{5} t^{5/3} - \frac{1}{2} t^{2/3} + C.
\]
代回 $t = 1 + x^3$,得:
\[
\boxed{\frac{1}{5} (1 + x^3)^{5/3} - \frac{1}{2} (1 + x^3)^{2/3} + C}.
\]
解析
本题考查不定积分的计算,解题思路是通过换元法将被积函数化简,然后再进行积分运算。
- 换元:
令$t = 1 + x^3$,对$t$求导,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$可得$dt = 3x^2dx$,进一步变形得到$x^2dx=\frac{1}{3}dt$。
同时,由$t = 1 + x^3$可得$x^3=t - 1$。
原积分$\int\frac{x^{5}}{\sqrt[3]{1+x^{3}} }dx$可变形为$\int\frac{x^3\cdot x^2}{\sqrt[3]{1 + x^3}}dx$,将$t = 1 + x^3$,$x^3=t - 1$,$x^2dx=\frac{1}{3}dt$代入可得:
$\int\frac{x^3\cdot x^2}{\sqrt[3]{1 + x^3}}dx=\frac{1}{3}\int\frac{t - 1}{t^{\frac{1}{3}}}dt$ - 化简被积函数:
对$\frac{t - 1}{t^{\frac{1}{3}}}$进行化简,根据分式运算法则$\frac{a-b}{c}=\frac{a}{c}-\frac{b}{c}$可得:
$\frac{t - 1}{t^{\frac{1}{3}}}=\frac{t}{t^{\frac{1}{3}}}-\frac{1}{t^{\frac{1}{3}}}$
根据同底数幂相除,底数不变,指数相减,即$a^m\div a^n=a^{m - n}$,可得$\frac{t}{t^{\frac{1}{3}}}=t^{1-\frac{1}{3}}=t^{\frac{2}{3}}$,$\frac{1}{t^{\frac{1}{3}}}=t^{-\frac{1}{3}}$。
所以$\frac{t - 1}{t^{\frac{1}{3}}}=t^{\frac{2}{3}}-t^{-\frac{1}{3}}$,则$\frac{1}{3}\int\frac{t - 1}{t^{\frac{1}{3}}}dt=\frac{1}{3}\int(t^{\frac{2}{3}}-t^{-\frac{1}{3}})dt$ - 分别积分:
根据不定积分的加法法则$\int(f(x)\pm g(x))dx=\int f(x)dx\pm\int g(x)dx$,可得:
$\frac{1}{3}\int(t^{\frac{2}{3}}-t^{-\frac{1}{3}})dt=\frac{1}{3}(\int t^{\frac{2}{3}}dt-\int t^{-\frac{1}{3}}dt)$
再根据幂函数的积分公式$\int x^n dx=\frac{1}{n + 1}x^{n + 1}+C(n\neq -1)$,分别对$\int t^{\frac{2}{3}}dt$和$\int t^{-\frac{1}{3}}dt$进行积分:
$\int t^{\frac{2}{3}}dt=\frac{1}{\frac{2}{3}+1}t^{\frac{2}{3}+1}+C_1=\frac{3}{5}t^{\frac{5}{3}}+C_1$
$\int t^{-\frac{1}{3}}dt=\frac{1}{-\frac{1}{3}+1}t^{-\frac{1}{3}+1}+C_2=\frac{3}{2}t^{\frac{2}{3}}+C_2$
则$\frac{1}{3}(\int t^{\frac{2}{3}}dt-\int t^{-\frac{1}{3}}dt)=\frac{1}{3}(\frac{3}{5}t^{\frac{5}{3}}-\frac{3}{2}t^{\frac{2}{3}})+C$($C = \frac{1}{3}(C_1 - C_2)$)
化简可得$\frac{1}{5}t^{\frac{5}{3}}-\frac{1}{2}t^{\frac{2}{3}}+C$ - 回代:
将$t = 1 + x^3$代回上式,得到$\frac{1}{5}(1 + x^3)^{\frac{5}{3}}-\frac{1}{2}(1 + x^3)^{\frac{2}{3}}+C$