题目
[题目] int dfrac (x+sin x)(1+cos x)dx,

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,涉及分部积分法、三角恒等式的应用以及积分拆分技巧。
解题核心思路:
- 拆分积分:将分子拆分为$x$和$\sin x$两部分,分别处理。
- 分部积分:对$\int \frac{x}{1+\cos x}dx$应用分部积分,利用$1+\cos x = 2\cos^2\frac{x}{2}$简化分母。
- 三角恒等式:将$\frac{\sin x}{1+\cos x}$转化为$\tan\frac{x}{2}$,简化积分。
- 抵消项:通过分部积分和拆分,中间的积分项相互抵消,最终结果简洁。
拆分积分
将原积分拆分为两部分:
$\int \frac{x+\sin x}{1+\cos x}dx = \int \frac{x}{1+\cos x}dx + \int \frac{\sin x}{1+\cos x}dx$
处理第一部分积分
分部积分:
- 分母简化:利用$1+\cos x = 2\cos^2\frac{x}{2}$,得:
$\int \frac{x}{1+\cos x}dx = \int x \cdot \sec^2\frac{x}{2} \cdot \frac{1}{2}dx = \frac{1}{2}\int x \sec^2\frac{x}{2}dx$ - 分部积分公式:设$u = x$,$dv = \sec^2\frac{x}{2}dx$,则$du = dx$,$v = 2\tan\frac{x}{2}$,得:
$\frac{1}{2}\left( x \cdot 2\tan\frac{x}{2} - \int 2\tan\frac{x}{2}dx \right) = x\tan\frac{x}{2} - \int \tan\frac{x}{2}dx$
处理第二部分积分
三角恒等式:
利用$\frac{\sin x}{1+\cos x} = \tan\frac{x}{2}$,得:
$\int \frac{\sin x}{1+\cos x}dx = \int \tan\frac{x}{2}dx$
合并结果
将两部分积分相加:
$x\tan\frac{x}{2} - \int \tan\frac{x}{2}dx + \int \tan\frac{x}{2}dx = x\tan\frac{x}{2} + C$
关键抵消:中间的$\int \tan\frac{x}{2}dx$项相互抵消,最终结果仅剩$x\tan\frac{x}{2} + C$。