int dfrac ({x)^3}(9+{x)^2}dx
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查分式积分的处理方法,特别是如何通过代数变形将复杂分式转化为简单分式进行积分。
解题核心思路:
观察到分子为$x^3$,分母为$x^2 + 9$,可尝试将分子拆分为$x(x^2 + 9 - 9)$,从而将原式拆分为两个容易积分的部分。
关键点:
- 分子拆分:将$x^3$表示为$x(x^2 + 9 - 9)$,使分母$x^2 + 9$部分分离。
- 分项积分:拆分后分别对$\int x \, dx$和$\int \frac{x}{x^2 + 9} \, dx$进行积分,后者可通过变量替换快速求解。
步骤1:分子拆分
将分子$x^3$改写为$x(x^2 + 9 - 9)$:
$\int \frac{x^3}{x^2 + 9} \, dx = \int \frac{x(x^2 + 9 - 9)}{x^2 + 9} \, dx.$
步骤2:分项拆分
将分式拆分为两部分:
$= \int \frac{x(x^2 + 9)}{x^2 + 9} \, dx - \int \frac{9x}{x^2 + 9} \, dx = \int x \, dx - 9 \int \frac{x}{x^2 + 9} \, dx.$
步骤3:分别积分
-
第一项积分:
$\int x \, dx = \frac{1}{2}x^2 + C_1.$ -
第二项积分:令$u = x^2 + 9$,则$du = 2x \, dx$,即$x \, dx = \frac{1}{2} du$:
$\int \frac{x}{x^2 + 9} \, dx = \frac{1}{2} \int \frac{1}{u} \, du = \frac{1}{2} \ln |u| + C_2 = \frac{1}{2} \ln(x^2 + 9) + C_2.$
步骤4:合并结果
将两部分结果合并:
$\frac{1}{2}x^2 - 9 \cdot \frac{1}{2} \ln(x^2 + 9) + C = \frac{1}{2}x^2 - \frac{9}{2} \ln(x^2 + 9) + C.$