题目
单选题 7.int(dx)/(e^x)+e^(-x)的结果是()A. arctan e^x+CB. arctan e^-x+CC. e^x-e^-x+CD. ln(e^x+e^-x)+C
单选题 7.$\int\frac{dx}{e^{x}+e^{-x}}$的结果是()
A. $\arctan e^{x}+C$
B. $\arctan e^{-x}+C$
C. $e^{x}-e^{-x}+C$
D. $\ln(e^{x}+e^{-x})+C$
题目解答
答案
A. $\arctan e^{x}+C$
解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算技巧,特别是通过变量替换将复杂积分转化为基本积分形式的能力,以及利用反三角函数积分公式的应用。
解题核心思路:
- 观察分母结构:分母为$e^x + e^{-x}$,可通过乘以$e^x$或$e^{-x}$进行变形,简化积分表达式。
- 变量替换法:选择适当的替换变量(如$u = e^x$或$u = e^{-x}$),将积分转化为标准形式$\int \frac{du}{u^2 + 1}$,利用$\int \frac{du}{u^2 + 1} = \arctan u + C$求解。
- 恒等式调整:通过反三角函数的恒等式(如$\arctan x + \arctan \frac{1}{x} = \frac{\pi}{2}$)统一不同替换方法得到的结果,确认最终形式。
破题关键点:
- 选择合适的替换变量,将分母转化为$u^2 + 1$的形式。
- 注意积分结果的等价性,不同替换方法可能得到形式不同的结果,但可通过常数吸收差异。
步骤1:变量替换
令$u = e^x$,则$du = e^x dx$,即$dx = \frac{du}{u}$。原积分变为:
$\int \frac{dx}{e^x + e^{-x}} = \int \frac{e^x dx}{e^{2x} + 1} = \int \frac{du}{u^2 + 1}.$
步骤2:积分计算
根据基本积分公式$\int \frac{du}{u^2 + 1} = \arctan u + C$,得:
$\arctan u + C = \arctan e^x + C.$
步骤3:验证另一种替换方法
令$u = e^{-x}$,则$dx = -\frac{du}{u}$,原积分变为:
$\int \frac{dx}{e^x + e^{-x}} = -\int \frac{du}{1 + u^2} = -\arctan u + C = -\arctan e^{-x} + C.$
步骤4:统一结果形式
利用恒等式$\arctan x + \arctan \frac{1}{x} = \frac{\pi}{2}$($x > 0$),可得:
$-\arctan e^{-x} + C = \arctan e^x + C'.$
因此,两种替换方法的结果等价,最终答案为$\arctan e^x + C$。