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数学
题目

【题目】-|||-(int )_(0)^4dfrac (1)(1+sqrt {x)}dx.

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查定积分的计算,特别是通过换元法简化被积函数的能力,以及分式分解的技巧。

解题核心思路:

  1. 换元法:通过令$t = \sqrt{x}$,将原积分中的根号消去,转化为关于$t$的积分,简化计算。
  2. 分式分解:将被积函数拆分为更易积分的形式,利用代数变形将复杂分式转化为多项式与简单分式的组合。
  3. 逐项积分:分别对拆分后的多项式和分式进行积分,最后代入上下限计算结果。

破题关键点:

  • 变量替换的选择:选择$t = \sqrt{x}$,使积分上下限和被积函数同时简化。
  • 分式拆分技巧:将$\frac{2t}{1+t}$拆分为$2\left(1 - \frac{1}{1+t}\right)$,使积分过程更直接。

步骤1:变量替换
令$t = \sqrt{x}$,则$x = t^2$,$dx = 2t \, dt$。
当$x = 0$时,$t = 0$;当$x = 4$时,$t = 2$。
原积分变为:
$\int_{0}^{4} \frac{1}{1+\sqrt{x}} \, dx = \int_{0}^{2} \frac{2t}{1+t} \, dt.$

步骤2:分式分解
将被积函数拆分:
$\frac{2t}{1+t} = 2 \left( \frac{1+t - 1}{1+t} \right) = 2 \left( 1 - \frac{1}{1+t} \right).$

步骤3:逐项积分
积分变为:
$2 \int_{0}^{2} \left( 1 - \frac{1}{1+t} \right) dt = 2 \left[ \int_{0}^{2} 1 \, dt - \int_{0}^{2} \frac{1}{1+t} \, dt \right].$

步骤4:计算积分

  1. $\int_{0}^{2} 1 \, dt = t \Big|_{0}^{2} = 2 - 0 = 2$。
  2. $\int_{0}^{2} \frac{1}{1+t} \, dt = \ln|1+t| \Big|_{0}^{2} = \ln3 - \ln1 = \ln3$。

步骤5:代入结果
最终结果为:
$2 \left[ 2 - \ln3 \right] = 4 - 2\ln3.$

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