题目
(9) int dfrac (1)(xsqrt {{x)^2-1}}dx

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答案
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解析
考查要点:本题主要考查有理函数的积分,特别是涉及根式$\sqrt{x^2 - 1}$的积分方法。需要掌握三角替换法的应用,以及反三角函数的积分结果。
解题核心思路:
当积分中出现$\sqrt{x^2 - a^2}$时,通常采用三角替换,令$x = a \sec t$(此处$a=1$,故$x = \sec t$)。通过替换将根式化简为$\tan t$,进而简化积分表达式。
破题关键点:
- 正确选择替换变量:根据根式形式选择$x = \sec t$。
- 化简积分表达式:利用三角恒等式$\sec^2 t - 1 = \tan^2 t$,将根式转化为$\tan t$。
- 反三角函数的表示:积分结果需通过反三角函数$\text{arcsec}\,x$或等价形式(如$\arccos(1/x)$)表示。
步骤1:三角替换
令$x = \sec t$,则$dx = \sec t \tan t \, dt$。此时,根式$\sqrt{x^2 - 1}$可化简为:
$\sqrt{\sec^2 t - 1} = \tan t.$
步骤2:代入积分
将$x$和$dx$代入原积分:
$\int \frac{1}{x \sqrt{x^2 - 1}} \, dx = \int \frac{1}{\sec t \cdot \tan t} \cdot \sec t \tan t \, dt.$
步骤3:化简积分
分子和分母中的$\sec t \tan t$相抵消,积分简化为:
$\int 1 \, dt = t + C.$
步骤4:回代变量
由$x = \sec t$得$t = \text{arcsec}\,x$,因此积分结果为:
$t + C = \text{arcsec}\,x + C.$
等价形式:
$\text{arcsec}\,x$也可表示为$\arccos\left(\frac{1}{x}\right)$,因此最终结果可写为:
$\arccos\left(\frac{1}{x}\right) + C.$