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数学
题目

[题目]计算不定积分 int ln (1+sqrt (dfrac {1+x)(x)})dx(xgt 0).

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查不定积分的计算,涉及变量替换法和分部积分法的综合应用,以及部分分式分解的技巧。

解题核心思路:

  1. 变量替换:通过令 $\sqrt{\dfrac{1+x}{x}} = t$,将原积分转化为关于 $t$ 的积分,简化被积函数。
  2. 分部积分:对 $\ln(1+t)$ 进行分部积分,降低积分复杂度。
  3. 部分分式分解:将分母为多项式乘积的分式拆分为简单分式,便于逐项积分。
  4. 回代变量:将积分结果中的变量 $t$ 替换回原变量 $x$,并化简最终表达式。

破题关键点:

  • 选择恰当的替换变量,使得被积函数结构简化。
  • 灵活应用分部积分法,合理选择 $u$ 和 $dv$。
  • 正确处理部分分式分解,确保系数计算无误。

变量替换与分部积分

  1. 变量替换:
    令 $\sqrt{\dfrac{1+x}{x}} = t$,则 $t^2 = \dfrac{1+x}{x}$,解得 $x = \dfrac{1}{t^2 - 1}$。
    对 $x$ 求导得 $dx = \dfrac{-2t}{(t^2 - 1)^2} dt$。

  2. 积分转换:
    原积分变为:
    $\int \ln(1+t) \cdot \dfrac{-2t}{(t^2 - 1)^2} dt = \int \ln(1+t) \, d\left( \dfrac{1}{t^2 - 1} \right)$

  3. 分部积分:
    设 $u = \ln(1+t)$,$dv = d\left( \dfrac{1}{t^2 - 1} \right)$,则:
    $\begin{aligned} \int \ln(1+t) \, dv &= \ln(1+t) \cdot \dfrac{1}{t^2 - 1} - \int \dfrac{1}{t^2 - 1} \cdot \dfrac{1}{1+t} dt \\ &= \dfrac{\ln(1+t)}{t^2 - 1} - \int \dfrac{1}{(t^2 - 1)(t+1)} dt \end{aligned}$

部分分式分解与积分

  1. 分解分式:
    将 $\dfrac{1}{(t^2 - 1)(t+1)}$ 分解为:
    $\dfrac{1}{(t-1)(t+1)^2} = \dfrac{1}{4} \left( \dfrac{1}{t-1} - \dfrac{1}{t+1} - \dfrac{2}{(t+1)^2} \right)$

  2. 逐项积分:
    $\begin{aligned} \int \dfrac{1}{(t^2 - 1)(t+1)} dt &= \dfrac{1}{4} \int \left( \dfrac{1}{t-1} - \dfrac{1}{t+1} - \dfrac{2}{(t+1)^2} \right) dt \\ &= \dfrac{1}{4} \left( \ln|t-1| - \ln|t+1| + \dfrac{2}{t+1} \right) + C \end{aligned}$

回代变量并化简

  1. 代入变量 $t$:
    将 $t = \sqrt{\dfrac{1+x}{x}}$ 代入积分结果,化简后得到最终表达式。
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