问题

请问一下如何求解下面这个积分的值?

回答
好的,我们来一步步拆解这个积分,并确保过程清晰易懂,就像我们平时一起探讨数学问题一样。

假设我们要计算的积分是:

$$ int frac{x^2 + 1}{x^3 + x} dx $$

看到这个积分,首先我们会想:“这个被积函数长什么样子?能化简吗?”

第一步:审视被积函数,尝试化简

我们的被积函数是 $frac{x^2 + 1}{x^3 + x}$。仔细观察分母 $x^3 + x$,我们能发现一个公因数 $x$。我们可以把分母分解一下:

$x^3 + x = x(x^2 + 1)$

现在,我们把这个分解的结果代回原积分:

$$ int frac{x^2 + 1}{x(x^2 + 1)} dx $$

看到这里,你可能会发现一个惊喜:分子和分母都有一个 $x^2 + 1$ 的项!并且,这两个项是相乘的关系,所以我们可以直接约去。

重要提示: 在约去 $x^2 + 1$ 之前,我们需要非常非常小心地考虑一个细节:分母不能为零。$x^2 + 1$ 这个表达式,对于任何实数 $x$ 来说,它的平方 $x^2$ 永远是非负的(大于等于0)。所以 $x^2 + 1$ 永远是大于等于1的,它不可能等于0。这意味着我们可以放心地约去这个项,不用担心除以零的情况。

约去之后,我们的积分就变得非常简单了:

$$ int frac{1}{x} dx $$

第二步:计算简化后的积分

现在我们面临的积分是 $int frac{1}{x} dx$。这个积分可以说是最基础、最经典的积分之一了。

我们回顾一下导数的定义。我们知道,函数 $ln|x|$ 的导数是什么?

$(ln|x|)' = frac{1}{x}$

(这里使用绝对值是因为 $ln(x)$ 的定义域是 $x > 0$,而 $frac{1}{x}$ 在 $x < 0$ 的情况下也是有意义的。$ln|x|$ 的导数同时涵盖了这两种情况。)

所以,根据不定积分的定义,如果一个函数的导数是 $frac{1}{x}$,那么这个函数就是 $frac{1}{x}$ 的一个原函数。因此:

$$ int frac{1}{x} dx = ln|x| + C $$

其中 $C$ 是一个任意的常数,我们称之为积分常数。它代表了所有可能的原函数。

总结一下我们的求解过程:

1. 我们拿到积分 $int frac{x^2 + 1}{x^3 + x} dx$。
2. 我们观察到分母 $x^3 + x$ 可以分解为 $x(x^2 + 1)$。
3. 我们将分解后的分母代回原积分,得到 $int frac{x^2 + 1}{x(x^2 + 1)} dx$。
4. 我们注意到分子和分母都有 $x^2 + 1$,并且 $x^2 + 1$ 恒不为零,所以我们可以安全地约去这一项。
5. 约简后的积分是 $int frac{1}{x} dx$。
6. 我们知道 $frac{1}{x}$ 的原函数是 $ln|x|$。
7. 所以,最终的积分结果是 $ln|x| + C$。

整个过程就是这样,从一个看似有点复杂的分式积分,通过简单的因式分解和约简,变回了一个基本积分。关键在于找到被积函数的结构,看看是否可以化简。

网友意见

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作换元,置 则 于是

引入 函数,注意到

于是

两边同时对 求 阶导数,得

于是


为何最近知乎LaTex编辑器编译会出现错码?比如:输入回行标记\,却带出r、dialog之类的字符。

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