(15) int dfrac ({x)^2}(sqrt {1-{x)^2}}dx

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查三角替换法在不定积分中的应用,以及分部积分法的综合运用能力。关键在于通过适当的变量替换将被积函数转化为易处理的形式。
解题核心思路:
观察到分母为$\sqrt{1-x^2}$,自然联想到使用三角替换,令$x = \sin\theta$,从而将根号部分简化为$\cos\theta$。随后,将积分转化为关于$\theta$的三角函数积分,利用降幂公式简化计算,最后通过反三角函数回代得到最终结果。
破题关键点:
- 选择正确的三角替换,将根号消去;
- 灵活运用三角恒等式(如$\sin^2\theta = \frac{1-\cos2\theta}{2}$)简化积分;
- 准确回代,将结果转换为关于$x$的表达式。
三角替换法
步骤1:变量替换
令$x = \sin\theta$,则$dx = \cos\theta \, d\theta$,且$\sqrt{1-x^2} = \sqrt{1-\sin^2\theta} = \cos\theta$。
步骤2:改写积分
原积分变为:
$\int \frac{\sin^2\theta}{\cos\theta} \cdot \cos\theta \, d\theta = \int \sin^2\theta \, d\theta$
步骤3:降幂处理
利用恒等式$\sin^2\theta = \frac{1-\cos2\theta}{2}$,积分化简为:
$\int \frac{1-\cos2\theta}{2} \, d\theta = \frac{1}{2}\int 1 \, d\theta - \frac{1}{2}\int \cos2\theta \, d\theta$
步骤4:逐项积分
计算得:
$\frac{1}{2}\theta - \frac{1}{4}\sin2\theta + C$
步骤5:回代变量
由$x = \sin\theta$得$\theta = \arcsin x$,且$\sin2\theta = 2\sin\theta\cos\theta = 2x\sqrt{1-x^2}$,代入后结果为:
$\frac{1}{2}\arcsin x - \frac{1}{2}x\sqrt{1-x^2} + C$