定积分 int_(0)^5 (x^3)/(x^2)+1 d x= ( )A. (2)/(25)-(1)/(2) ln 26B. (2)/(25)+(1)/(2) ln 26C. (25)/(2)-(1)/(2) ln 26D. (25)/(2)+(1)/(2) ln 26
定积分 $\int_{0}^{5} \frac{x^{3}}{x^{2}+1} d x=$ ( )
A. $\frac{2}{25}-\frac{1}{2} \ln 26$
B. $\frac{2}{25}+\frac{1}{2} \ln 26$
C. $\frac{25}{2}-\frac{1}{2} \ln 26$
D. $\frac{25}{2}+\frac{1}{2} \ln 26$
题目解答
答案
为了计算定积分 $\int_{0}^{5} \frac{x^3}{x^2+1} dx$,我们可以先对被积函数进行代数变形。
第一步:化简被积函数
由于分子 $x^3$ 的次数高于分母 $x^2+1$ 的次数,我们可以使用多项式除法或凑项法将其化简。
$\frac{x^3}{x^2+1} = \frac{x^3 + x - x}{x^2+1} = \frac{x(x^2+1) - x}{x^2+1} = x - \frac{x}{x^2+1}$
第二步:代入积分并计算
将化简后的表达式代入原积分中:
$\int_{0}^{5} \frac{x^3}{x^2+1} dx = \int_{0}^{5} \left( x - \frac{x}{x^2+1} \right) dx$
利用积分的线性性质,将其拆分为两个积分:
$= \int_{0}^{5} x dx - \int_{0}^{5} \frac{x}{x^2+1} dx$
第三步:分别计算两个积分
-
计算第一个积分:
$\int_{0}^{5} x dx = \left[ \frac{1}{2}x^2 \right]_{0}^{5} = \frac{1}{2}(5^2) - \frac{1}{2}(0^2) = \frac{25}{2}$ -
计算第二个积分:
对于 $\int_{0}^{5} \frac{x}{x^2+1} dx$,我们可以使用凑微分法。注意到 $d(x^2+1) = 2x dx$,所以 $x dx = \frac{1}{2} d(x^2+1)$。
$\int_{0}^{5} \frac{x}{x^2+1} dx = \int_{0}^{5} \frac{1}{x^2+1} \cdot \frac{1}{2} d(x^2+1) = \frac{1}{2} \int_{0}^{5} \frac{1}{x^2+1} d(x^2+1)$
$= \frac{1}{2} \left[ \ln(x^2+1) \right]_{0}^{5}$
$= \frac{1}{2} (\ln(5^2+1) - \ln(0^2+1))$
$= \frac{1}{2} (\ln 26 - \ln 1)$
由于 $\ln 1 = 0$,所以该积分结果为:
$= \frac{1}{2} \ln 26$
第四步:得出最终结果
将两部分的结果相减:
$\int_{0}^{5} \frac{x^3}{x^2+1} dx = \frac{25}{2} - \frac{1}{2} \ln 26$
对比给出的选项,该结果与选项 C 一致。
正确答案是 C。