题目
13.(简答题) 求不定积分int((3+2lnx)^2)/(x)dx.
13.(简答题) 求不定积分$\int\frac{(3+2lnx)^{2}}{x}dx$.
题目解答
答案
设 $u = 3 + 2\ln x$,则 $du = \frac{2}{x} \, dx$,即 $\frac{du}{2} = \frac{dx}{x}$。
代入原积分得:
\[
\int \frac{(3+2\ln x)^2}{x} \, dx = \int u^2 \cdot \frac{du}{2} = \frac{1}{2} \int u^2 \, du = \frac{u^3}{6} + C.
\]
将 $u = 3 + 2\ln x$ 代回,得:
\[
\boxed{\frac{(3 + 2\ln x)^3}{6} + C}.
\]
解析
考查要点:本题主要考查不定积分的换元法,特别是对含有对数函数的积分处理能力。关键在于识别被积函数的结构,选择合适的中间变量进行替换,简化积分过程。
解题核心思路:
观察到被积函数中的$(3+2\ln x)$与$\frac{1}{x}dx$的组合,可以联想到换元法。通过设$u = 3 + 2\ln x$,将原积分转化为关于$u$的简单幂函数积分,从而快速求解。
破题关键点:
- 选择中间变量:令$u = 3 + 2\ln x$,其导数$\frac{du}{dx} = \frac{2}{x}$,与被积函数中的$\frac{1}{x}dx$形成对应关系。
- 变量替换:将$\frac{dx}{x}$用$\frac{du}{2}$表示,简化积分表达式。
- 积分与回代:对简化后的幂函数积分,最后将结果代回原变量$x$。
步骤1:设中间变量
令$u = 3 + 2\ln x$,则其导数为:
$\frac{du}{dx} = \frac{2}{x} \quad \Rightarrow \quad du = \frac{2}{x}dx \quad \Rightarrow \quad \frac{dx}{x} = \frac{du}{2}.$
步骤2:变量替换
将原积分中的$(3+2\ln x)$替换为$u$,$\frac{dx}{x}$替换为$\frac{du}{2}$:
$\int \frac{(3+2\ln x)^2}{x}dx = \int u^2 \cdot \frac{du}{2} = \frac{1}{2} \int u^2 du.$
步骤3:积分计算
对$u^2$积分:
$\frac{1}{2} \int u^2 du = \frac{1}{2} \cdot \frac{u^3}{3} + C = \frac{u^3}{6} + C.$
步骤4:回代变量
将$u = 3 + 2\ln x$代回,得到最终结果:
$\frac{(3 + 2\ln x)^3}{6} + C.$