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数学
题目

int dfrac ({x)^2+1}({(x+1))^2(x-1)}dx;

;

题目解答

答案

答案:

解析

考查要点:本题主要考查有理函数的积分方法,特别是部分分式分解的应用,以及如何通过代数变形简化积分过程。

解题核心思路:

  1. 部分分式分解:将被积函数拆分为更简单的分式之和,便于逐项积分。
  2. 分子变形技巧:通过分子的代数变形,将复杂分式转化为易积分的形式,例如利用分母的导数构造积分项。
  3. 积分方法组合:结合对数积分和幂函数积分,最终合并结果。

破题关键点:

  • 观察分子与分母的关系,尝试将分子拆解为与分母相关联的表达式。
  • 灵活运用分式拆分,例如将分子表示为分母导数的线性组合,简化积分步骤。

原积分:
$\int \dfrac{x^2 + 1}{(x+1)^2(x-1)} \, dx$

步骤1:部分分式分解
将被积函数拆分为两个分式的组合:
$\dfrac{x^2 + 1}{(x+1)^2(x-1)} = \dfrac{1}{2} \left( \dfrac{x-1}{(x+1)^2} + \dfrac{1}{x-1} \right)$

步骤2:拆分第一个分式
对 $\dfrac{x-1}{(x+1)^2}$ 进一步变形:
$\dfrac{x-1}{(x+1)^2} = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{2x + 2}{(x+1)^2} - \dfrac{2}{(x+1)^2}$
其中,$\dfrac{2x + 2}{(x+1)^2}$ 是 $(x+1)^{-1}$ 的导数形式,便于积分。

步骤3:逐项积分
将积分拆分为三部分:

  1. 第一项:$\dfrac{1}{4} \int \dfrac{1}{(x+1)^2} \, d(x+1)^2 = \dfrac{1}{4} \ln(x+1)^2$
  2. 第二项:$-\int \dfrac{1}{(x+1)^2} \, dx = \dfrac{1}{x+1}$
  3. 第三项:$\dfrac{1}{2} \int \dfrac{1}{x-1} \, dx = \dfrac{1}{2} \ln|x-1|$

步骤4:合并结果
将所有积分结果合并并化简:
$\dfrac{1}{2} \ln|x^2 - 1| + \dfrac{1}{x+1} + C$

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