題目
Problem
3. Compute the integrals.
∫4x2+4x1dx=(6).
解答
解法一
思路
展開
- 本題要求計算不定積分 ∫4x2+4x1dx。
- 第一步:配方法化簡根式:
我們將根號內的二次多項式配方:
4x2+4x=(2x+1)2−1
- 第二步:三角代換法或反雙曲函數公式:
- 令 2x+1=secθ⟹2dx=secθtanθdθ⟹dx=21secθtanθdθ。
- 根式項: (2x+1)2−1=sec2θ−1=tanθ(假設 tanθ≥0)。
- 代入積分式:
∫tanθ21secθtanθdθ=21∫secθdx=21ln∣secθ+tanθ∣+C
- 第三步:將 θ 換回 x:
- secθ=2x+1。
- tanθ=sec2θ−1=4x2+4x。
- 代入對數公式中即可。
答題過程
展開
我們首先對被積函數分母的二次項進行配方:
4x2+4x=(2x)2+2(2x)(1)+1−1=(2x+1)2−1
因此原積分變為:
I=∫(2x+1)2−11dx
使用三角代換法,令:
2x+1=secθ⟹2dx=secθtanθdθ⟹dx=21secθtanθdθ
同時,分母根式化簡為:
(2x+1)2−1=sec2θ−1=tan2θ=tanθ(假設 tanθ≥0)
代入積分式:
I===∫tanθ1⋅(21secθtanθdθ)21∫secθdtheta21ln∣secθ+tanθ∣+C
現在將變數 θ 換回原變數 x:
- 已知 secθ=2x+1。
- 且 tanθ=4x2+4x。
將其代回對數解中:
I=21ln2x+1+4x2+4x+C
結論:
(6) 填入 21ln2x+1+4x2+4x+C。