题目
(3) int dfrac (1)({(1+{x)^2)}^dfrac (3{2)}}dx;

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查有理函数的积分,特别是利用三角替换法处理形如$\frac{1}{(1+x^2)^{3/2}}$的积分。
解题核心思路:
当被积函数中出现$(1+x^2)^{3/2}$时,可考虑用三角替换$x = \tan y$,将根式转化为三角函数形式,简化积分。替换后,利用三角恒等式$1+\tan^2 y = \sec^2 y$,将分母化简为$\sec^3 y$,从而将积分转化为关于$\cos y$的简单积分。
破题关键点:
- 正确选择替换变量:令$x = \tan y$,使$1+x^2$转化为$\sec^2 y$。
- 准确计算微分$dx$:由$x = \tan y$得$dx = \sec^2 y \, dy$。
- 积分后反替换:将结果中的三角函数表达式转换回关于$x$的形式。
步骤1:变量替换
令$x = \tan y$,则$dx = \sec^2 y \, dy$。此时,
$1 + x^2 = 1 + \tan^2 y = \sec^2 y,$
因此,
$(1+x^2)^{3/2} = (\sec^2 y)^{3/2} = \sec^3 y.$
步骤2:积分化简
原积分变为:
$\begin{aligned}\int \frac{1}{(1+x^2)^{3/2}} dx &= \int \frac{\sec^2 y}{\sec^3 y} dy \\&= \int \cos y \, dy.\end{aligned}$
步骤3:积分计算
积分$\int \cos y \, dy$的结果为:
$\sin y + C.$
步骤4:反替换回$x$
由$x = \tan y$,构造直角三角形,其中:
- 对边为$x$,邻边为$1$,斜边为$\sqrt{1+x^2}$,
- 因此,$\sin y = \frac{x}{\sqrt{1+x^2}}$。
最终结果为:
$\frac{x}{\sqrt{1+x^2}} + C.$