例 16 求 int dfrac (x+2)(sqrt [3]{2x+1)}dx.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查有理函数积分中的变量替换法,特别是如何通过适当的代换消去根式,将复杂积分转化为多项式积分。
解题核心思路:
- 观察被积函数结构:分母为三次根式$\sqrt[3]{2x+1}$,分子为$x+2$,直接积分困难。
- 变量替换:令$t = \sqrt[3]{2x+1}$,将根式转化为多项式形式,简化积分表达式。
- 代数变形:将$x$和$dx$用$t$表示,代入原积分后展开并化简,转化为关于$t$的多项式积分。
- 回代变量:积分完成后,将结果中的$t$替换回原变量$x$。
破题关键点:
- 选择合适的替换变量,消去根式,使积分表达式简化。
- 正确计算$dx$的表达式,确保代换过程无误。
- 代数运算的准确性,避免合并项或展开时出错。
变量替换:
令$t = \sqrt[3]{2x+1}$,则$t^3 = 2x+1$,解得$x = \dfrac{t^3 - 1}{2}$。
对$x$求导得:
$dx = \dfrac{3t^2}{2} dt.$
分子变形:
将$x+2$用$t$表示:
$x + 2 = \dfrac{t^3 - 1}{2} + 2 = \dfrac{t^3 + 3}{2}.$
代入积分式:
原积分变为:
$\begin{aligned}\int \dfrac{x+2}{\sqrt[3]{2x+1}} dx &= \int \dfrac{\dfrac{t^3 + 3}{2}}{t} \cdot \dfrac{3t^2}{2} dt \\&= \int \dfrac{(t^3 + 3) \cdot 3t^2}{4t} dt \\&= \dfrac{3}{4} \int (t^4 + 3t) dt.\end{aligned}$
积分计算:
分别对$t^4$和$3t$积分:
$\begin{aligned}\dfrac{3}{4} \int (t^4 + 3t) dt &= \dfrac{3}{4} \left( \dfrac{t^5}{5} + \dfrac{3t^2}{2} \right) + C \\&= \dfrac{3}{20} t^5 + \dfrac{9}{8} t^2 + C.\end{aligned}$
回代变量:
将$t = \sqrt[3]{2x+1}$代回,得:
$\dfrac{3}{20} (2x+1)^{\dfrac{5}{3}} + \dfrac{9}{8} (2x+1)^{\dfrac{2}{3}} + C.$