Sqrt(x ^ 2 + 4x)dxを統合する方法

Sqrt(x ^ 2 + 4x)dxを統合する方法
Anonim

回答:

#int sqrt(x ^ 2 + 4x) dx = sinh(2cosh ^ -1((x + 2)/ 2)) - 2cosh ^ -1((x + 2)/ 2)+ C#

説明:

一つだけを扱う方が簡単なので #バツ# 平方根の下で、平方を完成させます。

#x ^ 2 + 4x =(x + 2)^ 2 + k#

#x ^ 2 + 4x = x ^ 2 + 4x + 4 + k#

#k = -4#

#x ^ 2 + 4x =(x + 2)^ 2-4#

#int sqrt(x ^ 2 + 4x) dx = int sqrt((x + 2)^ 2-4) dx#

今度は三角関数の代入をする必要があります。双曲線三角関数を使用するつもりです(割線積分は通常あまり良くないので)。次のアイデンティティを使いたいです。

#cosh ^ 2(θ)-1 = sinh ^ 2(θ)#

これをするために、私たちは欲しいです #(x + 2)^ 2 = 4cosh ^ 2(θ)#。我々は解決することができます #バツ# 必要な置換を取得するには

#x + 2 = 2cosh(theta)#

#x = 2cosh(θ)-2#

に関して統合する #シータ#の導関数を掛けなければならない #バツ# に関して #シータ#:

#dx /(dθ)= 2sinh(θ)#

#int sqrt((x + 2)^ 2-4) dx = int sqrt((2cosh(theta))^ 2-4)* 2sinh(theta) d theta =#

#= 2int sqrt(4cosh ^2θ-4)* sinh(θ) d theta = 2int sqrt(4(cosh ^ 2(θ)-1))* sinh(θ)dθ=#

#= 2 * sqrt(4)int sqrt(cosh ^ 2(θ)-1)* sinh(θ) d theta =#

今、私たちはアイデンティティを使うことができます #cosh ^ 2(θ)-1 = sinh ^ 2(θ)#:

#= 4int sqrt(sinh ^ 2(θ))* sinh(θ) d theta = 4int sinh ^ 2(θ) d theta#

今、私たちはアイデンティティを使います:

#sinh ^2θ= 1/2(cosh(2theta)-1)#

#4 / 2int cosh(2theta)-1 d theta = int 2cosh(2theta) d theta-2theta =#

のために明示的なu置換をすることができます #2cosh(2theta)#しかし、その答えが #シン(2シータ)#:

#= sinh(2θ)-2θ+ C#

今度は置換を元に戻す必要があります。我々は解決することができます #シータ# 取得するため:

#theta = cosh ^ -1((x + 2)/ 2)#

これは与える:

#sinh(2cosh ^ -1((x + 2)/ 2)) - 2cosh ^ -1((x + 2)/ 2)+ C#