题目
) int dfrac (dx)(x({x)^6+4)}

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算技巧,特别是通过分子拆分法将复杂分式转化为简单分式的组合,进而分别积分。
解题核心思路:
观察到分母为$x(x^6 +4)$,直接分解或代换较困难。关键技巧是将分子$1$拆分为$4 + x^6 - x^6$,从而将原积分拆分为两个更易处理的积分之和。拆分后,第一个积分直接积分,第二个积分通过代换法(令$u = x^6 +4$)完成。
破题关键点:
- 分子拆分:通过构造$4 + x^6 - x^6$,使分式分解为$\frac{1}{4x}$和$-\frac{x^5}{4(x^6 +4)}$的组合。
- 代换法应用:对第二个积分使用$u = x^6 +4$,简化计算。
步骤1:分子拆分
将原积分拆分为两个部分:
$\begin{aligned}\int \frac{dx}{x(x^6 +4)} &= \frac{1}{4} \int \frac{4 + x^6 - x^6}{x(x^6 +4)} dx \\&= \frac{1}{4} \int \left( \frac{4 + x^6}{x(x^6 +4)} - \frac{x^6}{x(x^6 +4)} \right) dx.\end{aligned}$
步骤2:简化分式
- 第一部分:$\frac{4 + x^6}{x(x^6 +4)} = \frac{1}{x}$。
- 第二部分:$\frac{x^6}{x(x^6 +4)} = \frac{x^5}{x^6 +4}$。
因此,原积分变为:
$\frac{1}{4} \int \frac{1}{x} dx - \frac{1}{4} \int \frac{x^5}{x^6 +4} dx.$
步骤3:分别积分
- 第一积分:$\int \frac{1}{x} dx = \ln |x|$。
- 第二积分:令$u = x^6 +4$,则$du = 6x^5 dx$,即$x^5 dx = \frac{du}{6}$,得:
$\int \frac{x^5}{x^6 +4} dx = \frac{1}{6} \int \frac{1}{u} du = \frac{1}{6} \ln |u| = \frac{1}{6} \ln (x^6 +4).$
步骤4:合并结果
将两部分结果代入原式:
$\frac{1}{4} \ln |x| - \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{6} \ln (x^6 +4) + C = \frac{1}{4} \ln |x| - \frac{1}{24} \ln (x^6 +4) + C.$