2022-03-14 积分题
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2022-03-14 积分题
题目
计算不定积分 .
常规思路
凑微分
直接凑微分得到
其中
因此
三角换元
看到 很容易想到三角换元:
其中:
其他思路
注意到如下递推式:
其中 ,且 ,那么
证明
直接分部积分
化简即得:
实际上这也相当于三角函数 次幂积分的递推式。
题目
计算不定积分 I=∫(x2+a2)2dx .
直接凑微分得到
I=∫−2x1d(x2+a21)=−2x1x2+a21+21∫x2+a21d(x1)
其中
∫x2+a21d(x1)=a31∫1+x2a2x2a2d(xa)=a31∫1−1+x2a21d(xa)=a21x1−a31arctanxa=a21x1+a31arctanax−2a3π
因此
I=−2x(x2+a2)1+2a2x1+2a31arctanax=2a2x1(1−x2+a2a2)+2a31arctanax=2a21x2+a2x+2a31arctanax+C
看到 x2+a2 很容易想到三角换元:
∫(x2+a2)2dxx=atanu∫a4(tan2u+1)2asec2udu=a31∫sec2udu=a31∫cos2udu=a31∫21+cos2udu=2a3u+4a31sin2u=2a31arctanax+4a311+(ax)22ax=2a1arctanax+2a21a2+x2x+C
其中:
sin(2arctanx)=2sin(arctanx)cos(arctanx)=2⋅1+x2x1+x21=1+x22x
注意到如下递推式:
In+1=2a2n1[(x2+a2)nx+(2n−1)In]
其中 In=∫(x2+a2)ndx ,且 n⩾1 ,那么
I=I2=2a21[x2+a2x+I1]=2a21[x2+a2x+∫x2+a2dx]=2a21[x2+a2x+a1arctanax]+C
证明
直接分部积分
In=∫(x2+a2)ndx=(x2+a2)nx−∫xd[(x2+a2)n1]=(x2+a2)nx−∫x(x2+a2)n+1−n⋅2xdx=(x2+a2)nx+2n∫(x2+a2)n+1x2+a2−a2dx=(x2+a2)nx+2n(In−a2In+1)
化简即得:
In+1=2a2n1[(x2+a2)nx+(2n−1)In]
实际上这也相当于三角函数 n 次幂积分的递推式。