int dfrac (dx)(sqrt {1+{e)^x}}

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,特别是通过变量替换法处理含有指数函数和根式的积分。
解题核心思路:
观察被积函数$\dfrac{1}{\sqrt{1+e^x}}$,分母中的根式结构提示我们进行变量替换,将复杂的表达式转化为更易处理的形式。关键在于选择适当的替换变量,使得积分简化为基本积分形式。
破题关键点:
- 令$t = \sqrt{1 + e^x}$,通过求导得到$dt$与$dx$的关系,从而将原积分转化为关于$t$的有理分式积分。
- 利用部分分式分解或直接积分法,求出关于$t$的积分后,再代回原变量$x$。
步骤1:变量替换
令$t = \sqrt{1 + e^x}$,则$t^2 = 1 + e^x$,解得$e^x = t^2 - 1$。
对$t$求导得:
$dt = \frac{e^x}{2\sqrt{1 + e^x}} dx = \frac{t^2 - 1}{2t} dx \implies dx = \frac{2t}{t^2 - 1} dt.$
步骤2:改写积分
将原积分中的$dx$和$\sqrt{1 + e^x}$用$t$表示:
$\int \frac{dx}{\sqrt{1 + e^x}} = \int \frac{1}{t} \cdot \frac{2t}{t^2 - 1} dt = \int \frac{2}{t^2 - 1} dt.$
步骤3:积分计算
利用分式分解$\dfrac{2}{t^2 - 1} = \dfrac{1}{t - 1} - \dfrac{1}{t + 1}$,积分得:
$\int \frac{2}{t^2 - 1} dt = \ln|t - 1| - \ln|t + 1| + C = \ln\left|\frac{t - 1}{t + 1}\right| + C.$
步骤4:回代变量
将$t = \sqrt{1 + e^x}$代回,得到最终结果:
$\ln\left|\frac{\sqrt{1 + e^x} - 1}{\sqrt{1 + e^x} + 1}\right| + C.$