Int_ (1) ^ (4) x ^ 4-x ^ 3 + sqrt (x-1) / x ^ 2 dx là gì?

Int_ (1) ^ (4) x ^ 4-x ^ 3 + sqrt (x-1) / x ^ 2 dx là gì?
Anonim

Câu trả lời:

# 1023/5 - (225 - sqrt3) / 4 + arctan (sqrt3) #

Giải trình:

Lời giải thích này hơi dài, nhưng tôi không thể tìm ra cách nhanh hơn để làm điều đó …

Tích phân là một ứng dụng tuyến tính, vì vậy bạn có thể phân tách hàm dưới dấu tích phân.

# int_1 ^ 4 (x ^ 4 - x ^ 3 + (sqrt (x-1) / x ^ 2)) dx # = # int_1 ^ 4 x ^ 4dx - int_1 ^ 4x ^ 3dx + int_1 ^ 4sqrt (x-1) / x ^ 2dx #

Hai thuật ngữ đầu tiên là các hàm đa thức, vì vậy chúng dễ tích hợp. Tôi chỉ cho bạn cách làm điều đó với # x ^ 4 #.

# intx ^ 4dx = x ^ 5/5 # vì thế # int_1 ^ 4x ^ 4dx = 4 ^ 5/5 - 1/5 = 1023/5 #. Bạn làm điều tương tự chính xác cho # x ^ 3 #, kết quả là #255/4#.

Phát hiện #intsqrt (x-1) / x ^ 2dx # là một chút dài và phức tạp. Đầu tiên bạn nhân phân số với #sqrt (x-1) / sqrt (x-1) # và sau đó bạn thay đổi biến: giả sử #u = sqrt (x-1) #. Vì thế # du = 1 / (2sqrt (x-1)) dx # và bây giờ bạn phải tìm # 2intu ^ 2 / (u ^ 2 + 1) ^ 2du #. Để tìm thấy nó, bạn cần phân tách một phần của hàm hữu tỷ # x ^ 2 / (x ^ 2 + 1) ^ 2 #.

# x ^ 2 / (x ^ 2 + 1) ^ 2 = (ax + b) / (x ^ 2 +1) + (cx + d) / (x ^ 2 + 1) ^ 2 # với # a, b, c, d trong RR #. Sau khi tính toán, chúng tôi tìm ra rằng # x ^ 2 / (x ^ 2 + 1) ^ 2 = 1 / (x ^ 2 +1) - 1 / (x ^ 2 + 1) ^ 2 #, có nghĩa là # 2intu ^ 2 / (u ^ 2 + 1) ^ 2du = 2 (int (du) / (u ^ 2 + 1) - int (du) / (u ^ 2 + 1) ^ 2) #

#int (du) / (u ^ 2 + 1) ^ 2 # được nhiều người biết đến #arctan (u) / 2 + u / (2 (1 + u ^ 2)) #.

Cuối cùng, # 2intu ^ 2 / (u ^ 2 + 1) ^ 2du = 2 (arctan (u) - arctan (u) / 2 - u / (2 (1 + u ^ 2))) = arctan (u) - u / (1 + u ^ 2) #

Bạn thay thế # u # bởi biểu hiện ban đầu của nó với # x ##intsqrt (x-1) / x ^ 2dx #, đó là #arctan (sqrt (x-1)) - sqrt (x-1) / x #

Cuối cùng thì, # int_1 ^ 4sqrt (x-1) / x ^ 2dx = arctan (sqrt3) - sqrt3 / 4 #