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数学
题目

5. int(x^2dx)/(sqrt(x^2)-2)=(2分) A. (x^2)/(2)sqrt(x^2)-2+ln|x+sqrt(x^2)-2|+c B. (x^2)/(2)sqrt(x^2)-2-ln|x+sqrt(x^2)-2|+c C. (x)/(2)sqrt(x^2)-2+ln|x+sqrt(x^2)-2|+c D. (x)/(2)sqrt(x^2)-2-ln|x+sqrt(x^2)-2|+c

5. $\int\frac{x^{2}dx}{\sqrt{x^{2}-2}}$=(2分)
A. $\frac{x^{2}}{2}\sqrt{x^{2}-2}+\ln|x+\sqrt{x^{2}-2}|+c$
B. $\frac{x^{2}}{2}\sqrt{x^{2}-2}-\ln|x+\sqrt{x^{2}-2}|+c$
C. $\frac{x}{2}\sqrt{x^{2}-2}+\ln|x+\sqrt{x^{2}-2}|+c$
D. $\frac{x}{2}\sqrt{x^{2}-2}-\ln|x+\sqrt{x^{2}-2}|+c$

题目解答

答案

为了求解积分 $\int \frac{x^2 \, dx}{\sqrt{x^2 - 2}}$,我们可以使用换元法。设 $x = \sqrt{2} \sec \theta$,则 $dx = \sqrt{2} \sec \theta \tan \theta \, d\theta$。代入积分,我们得到: \[ \int \frac{x^2 \, dx}{\sqrt{x^2 - 2}} = \int \frac{(\sqrt{2} \sec \theta)^2 \cdot \sqrt{2} \sec \theta \tan \theta \, d\theta}{\sqrt{(\sqrt{2} \sec \theta)^2 - 2}} = \int \frac{2 \sec^2 \theta \cdot \sqrt{2} \sec \theta \tan \theta \, d\theta}{\sqrt{2 \sec^2 \theta - 2}}. \] 由于 $\sec^2 \theta - 1 = \tan^2 \theta$,我们有: \[ \int \frac{2 \sec^2 \theta \cdot \sqrt{2} \sec \theta \tan \theta \, d\theta}{\sqrt{2 \tan^2 \theta}} = \int \frac{2 \sec^2 \theta \cdot \sqrt{2} \sec \theta \tan \theta \, d\theta}{\sqrt{2} \tan \theta} = \int 2 \sec^3 \theta \, d\theta. \] 现在,我们需要计算 $\int 2 \sec^3 \theta \, d\theta$。使用分部积分法,设 $u = \sec \theta$ 和 $dv = \sec^2 \theta \, d\theta$,则 $du = \sec \theta \tan \theta \, d\theta$ 和 $v = \tan \theta$。因此,我们有: \[ \int \sec^3 \theta \, d\theta = \sec \theta \tan \theta - \int \sec \theta \tan^2 \theta \, d\theta = \sec \theta \tan \theta - \int \sec \theta (\sec^2 \theta - 1) \, d\theta = \sec \theta \tan \theta - \int \sec^3 \theta \, d\theta + \int \sec \theta \, d\theta. \] 将 $\int \sec^3 \theta \, d\theta$ 移到等式的一边,我们得到: \[ 2 \int \sec^3 \theta \, d\theta = \sec \theta \tan \theta + \int \sec \theta \, d\theta = \sec \theta \tan \theta + \ln|\sec \theta + \tan \theta| + C. \] 因此, \[ \int \sec^3 \theta \, d\theta = \frac{1}{2} \sec \theta \tan \theta + \frac{1}{2} \ln|\sec \theta + \tan \theta| + C. \] 代回 $x = \sqrt{2} \sec \theta$,我们有 $\sec \theta = \frac{x}{\sqrt{2}}$ 和 $\tan \theta = \sqrt{\sec^2 \theta - 1} = \sqrt{\left(\frac{x}{\sqrt{2}}\right)^2 - 1} = \sqrt{\frac{x^2}{2} - 1} = \frac{\sqrt{x^2 - 2}}{\sqrt{2}}$。因此, \[ \int \sec^3 \theta \, d\theta = \frac{1}{2} \cdot \frac{x}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sqrt{x^2 - 2}}{\sqrt{2}} + \frac{1}{2} \ln \left| \frac{x}{\sqrt{2}} + \frac{\sqrt{x^2 - 2}}{\sqrt{2}} \right| + C = \frac{1}{2} \cdot \frac{x \sqrt{x^2 - 2}}{2} + \frac{1}{2} \ln \left| \frac{x + \sqrt{x^2 - 2}}{\sqrt{2}} \right| + C = \frac{x \sqrt{x^2 - 2}}{4} + \frac{1}{2} \ln |x + \sqrt{x^2 - 2}| - \frac{1}{2} \ln \sqrt{2} + C. \] 由于 $- \frac{1}{2} \ln \sqrt{2}$ 是一个常数,可以合并到 $C$ 中,我们得到: \[ \int \sec^3 \theta \, d\theta = \frac{x \sqrt{x^2 - 2}}{4} + \frac{1}{2} \ln |x + \sqrt{x^2 - 2}| + C. \] 因此, \[ \int \frac{x^2 \, dx}{\sqrt{x^2 - 2}} = 2 \int \sec^3 \theta \, d\theta = 2 \left( \frac{x \sqrt{x^2 - 2}}{4} + \frac{1}{2} \ln |x + \sqrt{x^2 - 2}| + C \right) = \frac{x \sqrt{x^2 - 2}}{2} + \ln |x + \sqrt{x^2 - 2}| + C. \] 所以,正确答案是 $\boxed{C}$。

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