如何使用部分分数整合f(x)=(3x ^ 2-x)/((x ^ 2 + 2)(x-3)(x-7))?

如何使用部分分数整合f(x)=(3x ^ 2-x)/((x ^ 2 + 2)(x-3)(x-7))?
Anonim

回答:

#35 / 51ln | X-7 | -6 / 11ln | X-3 | -1/561(79 / 2LN(X ^ 2 + 2)+ 47sqrt2tan ^ -1((sqrt2x)/ 2))+ C#

说明:

由于分母已经被分解,我们需要做的部分分数就是求解常数:

#(3×^ 2-X)/((X ^ 2 + 2)(X-3)(X-7))=(AX + B)/(X ^ 2 + 2)+ C /(X-3) + d /(X-7)#

请注意,我们需要两个 #X# 因为分子总是比分母低1度,所以在最左边的分数上有一个常数项。

我们可以通过左侧分母相乘,但这将是一项巨大的工作,所以我们可以聪明地使用掩盖方法。

我不会详细讨论这个过程,但基本上我们所做的是找出使分母等于零的原因(在这种情况下) #C# 它是 #X = 3#),并将其插入左侧并进行评估,同时覆盖对应于常数的因子,这给出了:

#C =(3(3)^ 2-3)/((3 ^ 2 + 2)(文本(////))(3-7))= - 一十一分之六#

我们也可以这样做 #d#:

#d =(3(7)^ 2-7)/((7 ^ 2 + 2)(7-3)(文本(////)))= 35/51#

掩盖方法仅适用于线性因素,因此我们不得不求解 #一个##B# 使用传统方法并乘以左侧分母:

#3倍^ 2-X =(AX + B)(X-3)(X-7)-6/11(X ^ 2 + 2)(X-7)+35/51(X ^ 2 + 2)( X-3)#

如果我们乘以所有括号并将各种系数等同 #X# 和不变的术语,我们可以找出价值观 #一个##B#。这是一个相当冗长的计算,所以我只想为感兴趣的人留下一个链接:

点击这里

#A = -79 / 561#

#B = -94 / 561#

这给我们的积分是:

#int 35 /(51(x-7)) - 6 /(11(x-3)) - (79x + 94)/(561(x ^ 2 + 2)) dx#

前两个可以使用分母的相当简单的u替换来解决:

#35 / 51ln | x-7 | -6 / 11ln | x-3 | -1 / 561int (79x)/(x ^ 2 + 2)+ 94 /(x ^ 2 + 2) dx#

我们可以将剩下的积分分成两部分:

#int (79x)/(x ^ 2 + 2)+ 94 /(x ^ 2 + 2) dx = int (79x)/(x ^ 2 + 2) dx + int 94 /(x ^ 2 + 2) dx#

我将左边的一个称为Integral 1,将右侧的一个称为Integral 2。

积分1

我们可以通过u替换来解决这个问题 #U = X ^ 2 + 2#。衍生物是 ##2倍所以我们除以 ##2倍 与…相融合 #U#:

#79int x /(x ^ 2 + 2) dx = 79int cancel(x)/(2cancel(x)u) du = 79 / 2int 1 / u du = 79 / 2ln | u | + C = 79 / 2LN | X ^ 2 + 2 | + C#

积分2

我们希望将这一点整合到表格中 #^谭-1#:

#int 1 /(1 + t ^ 2) dt = tan ^ -1(t)+ C#

如果我们引入替代 #X = sqrt2u#,我们将能够将我们的积分转换为这种形式。相互融合 #U#,我们必须乘以 #SQRT2# (因为我们采用了衍生物 #U# 代替 #X#):

#94int 1 /(x ^ 2 + 2) dx = 94sqrt2int 1 /((sqrt2u)^ 2 + 2) du =#

#= 94sqrt2int 1 /(2u ^ 2 + 2) du = 94 / 2sqrt2int 1 /(u ^ 2 + 1) du =#

#= 47sqrt2tan ^ -1(U)+ C = 47sqrt2tan ^ -1(X / SQRT2)+ C#

完成原始积分

现在我们知道Integral 1和Integral 2相等,我们可以完成原始积分以得到我们的最终答案:

#35 / 51ln | X-7 | -6 / 11ln | X-3 | -1/561(79 / 2LN(X ^ 2 + 2)+ 47sqrt2tan ^ -1((sqrt2x)/ 2))+ C#