方企勤 第三章 一元函数积分学 第2题

教材习题

📝 题目

例 2 求下列不定积分:

(1) $\displaystyle \int \frac{\mathrm{d}x}{{x}^{4}\left( {1 + {x}^{2}}\right) }\mathrm{d}x$ ; (2) $\displaystyle{\int \frac{\mathrm{d}x}{1 - {x}^{4}}\mathrm{\;d}x}$ .

💡 答案解析

解 (1) 原式 $= \int \frac{1 - {x}^{4} + {x}^{4}}{{x}^{4}\left( {1 + {x}^{2}}\right) }\mathrm{d}x = \int \frac{1 - {x}^{2}}{{x}^{4}}\mathrm{d}x + \int \frac{1}{1 + {x}^{2}}\mathrm{\;d}x$

$$ = \arctan x + \frac{1}{3{x}^{3}}\left( {3{x}^{2} - 1}\right) + C. $$

或 原式 $= \int \frac{1 + {x}^{2} - {x}^{2}}{{x}^{4}\left( {1 + {x}^{2}}\right) }\mathrm{d}x = \int \frac{\mathrm{d}x}{{x}^{4}} - \int \frac{\mathrm{d}x}{{x}^{2}\left( {1 + {x}^{2}}\right) }$

$$ = - \frac{1}{3{x}^{3}} - \int \frac{1 + {x}^{2} - {x}^{2}}{{x}^{2}\left( {1 + {x}^{2}}\right) }\mathrm{d}x $$

$$ = - \frac{1}{3{x}^{3}} + \frac{1}{x} + \arctan x + C. $$

(2)原式 $\displaystyle{= \frac{1}{2}\int \left\lbrack {\frac{1}{1 - {x}^{2}} + \frac{1}{1 + {x}^{2}}}\right\rbrack \mathrm{d}x}$

$$ = \frac{1}{4}\ln \left| \frac{1 + x}{1 - x}\right| + \frac{1}{2}\arctan x + C. $$

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:化简被积函数,将积分拆分为两个简单积分
分子加1减1,拆分为两项:∫(1-x^4+x^4)/(x^4(1+x^2)) dx = ∫(1-x^2)/x^4 dx + ∫1/(1+x^2) dx
公式:1 = 1 - x^4 + x^4
提示:通过加减项将复杂分式拆分为简单分式
步骤 2/5
目标:计算第一个积分 ∫(1-x^2)/x^4 dx
∫(1/x^4 - 1/x^2) dx = ∫x^{-4} dx - ∫x^{-2} dx = -1/(3x^3) + 1/x + C1
公式:∫x^n dx = x^{n+1}/(n+1) + C (n≠-1)
提示:注意幂函数积分公式
步骤 3/5
目标:计算第二个积分 ∫1/(1+x^2) dx
∫1/(1+x^2) dx = arctan x + C2
公式:∫1/(1+x^2) dx = arctan x + C
提示:基本积分公式
步骤 4/5
目标:合并结果
原式 = arctan x + 1/x - 1/(3x^3) + C
提示:常数合并为C
步骤 5/5
目标:化简表达式(可选)
将1/x - 1/(3x^3)通分得 (3x^2-1)/(3x^3),所以原式 = arctan x + (3x^2-1)/(3x^3) + C
提示:通分简化

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。