1 /(1 + x ^ 3)dx?の積分

1 /(1 + x ^ 3)dx?の積分
Anonim

回答:

#1 / 3ln | x + 1 | -1 / 6ln | x ^ 2-x + 1 | + sqrt3 / 3tan ^ -1((2x-1)/ sqrt3)+ C#

説明:

分母を因数分解することから始めます。

#1 + x ^ 3 =(x + 1)(x ^ 2-x + 1)#

これで部分分数を実行できます。

#1 /(1 + x ^ 3)= 1 /((x + 1)(x ^ 2-x + 1))= A /(x + 1)+(Bx + C)/(x ^ 2-x) +1)#

見つけられる #A# 隠蔽法を使用する。

#A = 1 /((((////))(( - 1)^ 2 + 1 + 1))= 1/3#

次に、両側にLHS分母を掛けます。

#1 = 1/3(x ^ 2-x + 1)+(Bx + C)(x + 1)#

#1 = 1 / 3x ^ 2-1 / 3x + 1/3 + Bx ^ 2 + Bx + Cx + C#

#1 =(1/3 + B)x ^ 2 +(B + C-1/3)x +(C + 1/3)#

これにより、次の式が得られます。

#1/3 + B = 0 - > B = -1 / 3#

#C + 1/3 = 1 - > C = 2/3#

これは、元の積分を書き換えることができることを意味します。

#int 1 /(1 + x ^ 3) dx = 1 / 3int 1 /(x + 1) - (x-2)/(x ^ 2-x + 1) dx#

最初の積分は明示的なu-置換を使って行うことができますが、答えが #ln | x + 1 |#:

#1/3(ln | x + 1 | -int (x-2)/(x ^ 2-x + 1) dx)#

残りの積分を2つに分割することができます。

#int (x-2)/(x ^ 2-x + 1) dx = 1 / 2int (2x-4)/(x ^ 2-x + 1) dx =#

#= 1/2(int (2x-1)/(x ^ 2-x + 1) dx-int 3 /(x ^ 2-x + 1) dx)#

乗法と除算のトリックの理由 #2# 左側の分母をu置換を使いやすくするためのものです。

私は左の積分1と右の積分2を呼びます

積分1

#int (2x-1)/(x ^ 2-x + 1) dx#

我々はすでに代用のためにこの積分を準備したので、我々がする必要があるのは代用だけ #u = x ^ 2-x + 1#そして導関数は #2x-1#それで、我々はそれに関して分割して #u#:

#int cancel(2x-1)/(cancel(2x-1)* u) du = int 1 / u du = ln | u | + C = ln | x ^ 2-x + 1 | + C#

積分2

#3int 1 /(x ^ 2-x + 1) dx#

この積分を次の形式にします。

#int 1 /(1 + t ^ 2) dt = tan ^ -1(t)+ C#

これを行うには、分母の正方形を完成させる必要があります。

#x ^ 2-x + 1 =(x-1/2)^ 2 + k#

#x ^ 2-x + 1 = x ^ 2-x + 1/4 + k#

#k = 3/4#

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

以下のようなu置換を導入したいと思います。

#(x-1/2)^ 2 = 3 / 4u ^ 2#

#x-1/2 = sqrt3 / 2u#

#x = sqrt3 / 2u + 1/2#

について導関数を掛けます。 #u# に関して統合する #u#:

#dx /(du)= sqrt(3)/ 2#

#3 * sqrt3 / 2int 1 /(3 / 4u ^ 2 + 3/4) du = 3sqrt3 / 2 * 1 /(3/4)int 1 /(u ^ 2 + 1) du =#

#= 2sqrt3tan ^ -1(u)+ C = 2sqrt3tan ^ -1((2x-1)/ sqrt3)+ C#

元の積分を完了する

Integral 1とIntegral 2の答えがわかったので、それらを元の式に戻して最終的な答えを得ることができます。

#1/3(ln | x + 1 | -1 / 2ln | x ^ 2-x + 1 | + sqrt3tan ^ -1((2x-1)/ sqrt3))+ C =#

#= 1 / 3ln | x + 1 | -1 / 6ln | x ^ 2-x + 1 | + sqrt3 / 3tan ^ -1((2x-1)/ sqrt3)+ C#

回答:

#1 / 3ln(x + 1)-1 / 6ln(x ^ 2-x + 1)+(sqrt3)/ 3 arctan((2x-1)/ sqrt3)+ C#

説明:

#int dx /(x ^ 3 + 1)#

=#1 / 3int(3dx)/(x ^ 3 + 1)#

=#1 / 3int(3dx)/ (x ^ 2-x + 1)*(x + 1)#

=#1 / 3int(x ^ 2-x + 1)/ (x ^ 2-x + 1)(x + 1) * dx#-#1 / 3int(x ^ 2-x-2)/ (x ^ 2-x + 1)(x + 1) * dx#

=#1 / 3int dx /(x + 1)#-#1 / 3int((x + 1)(x-2))/ (x ^ 2-x + 1)(x + 1) * dx#

=#1 / 3ln(x + 1)+ C-1/3 int(x-2)/(x ^ 2-x + 1)* dx#

=#1 / 3ln(x + 1)+ C-1/6 int(2x-4)/(x ^ 2-x + 1)* dx#

=#1 / 3ln(x + 1)+ C-1/6 int(2x-1)/(x ^ 2-x + 1)* dx#+#1/6整数3 /(x ^ 2-x + 1)* dx#

=#1 / 3ln(x + 1)-1 / 6ln(x ^ 2-x + 1)+ C#+#1/2 int dx /(x ^ 2-x + 1)#

=#1 / 3ln(x + 1)-1 / 6ln(x ^ 2-x + 1)+ C#+#int(2dx)/(4x ^ 2-4x + 4)#

=#1 / 3ln(x + 1)-1 / 6ln(x ^ 2-x + 1)+ C#+#int(2dx)/((2x-1)^ 2 + 3)#

=#1 / 3ln(x + 1)-1 / 6ln(x ^ 2-x + 1)+(sqrt3)/ 3 arctan((2x-1)/ sqrt3)+ C#