題目
Problem
4. ∫x4−x3+4x2−4xx4+4x2−6x−4dx=.
解答
解法一
思路
展開
- 分子和分母的次數相同(均為 4 次),所以先做多項式長除法,把分式化為「多項式 + 真分式」的形式,再對真分式做部分分式分解。
- 把分母 x4−x3+4x2−4x=x(x−1)(x2+4) 因式分解,確定部分分式的結構。
- 待定係數法解出各個係數後,逐項積分即可。
答題過程
展開
第一步:多項式長除。
分子 ÷ 分母,分子 − 分母 =(x4+4x2−6x−4)−(x4−x3+4x2−4x)=x3−2x−4,故:
x4−x3+4x2−4xx4+4x2−6x−4=1+x(x−1)(x2+4)x3−2x−4
第二步:因式分解分母。
x4−x3+4x2−4x=x(x3−x2+4x−4)=x(x−1)(x2+4)
第三步:部分分式分解。
x(x−1)(x2+4)x3−2x−4=xA+x−1B+x2+4Cx+D
比較係數(或代入特殊值):
- 代入 x=0:−4=A(−1)(4)⟹A=1
- 代入 x=1:13−2(1)−4=B(1)(5)⟹5B=−5⟹B=−1
- 比較 x3 係數:A+B+C=1⟹1−1+C=1⟹C=1
- 比較 x2 係數:−A−C+D=0⟹−1−1+D=0⟹D=2
因此部分分式分解為:
x(x−1)(x2+4)x3−2x−4=x1−x−11+x2+4x+2
第四步:積分。
∫(1+x1−x−11+x2+4x+x2+42)dx=x+ln∣x∣−ln∣x−1∣+21ln(x2+4)+tan−1(2x)+C
x+ln∣x∣−ln∣x−1∣+21ln(x2+4)+tan−12x+C