在解决考研数学不定积分问题时,以下是一个典型例题:
例题:求函数 \( f(x) = \sqrt{x^2 + 1} \) 的不定积分 \( \int \sqrt{x^2 + 1} \, dx \)。
解题过程:
首先,我们识别出这是一个基本的积分形式,可以通过代换法来解决。设 \( u = x^2 + 1 \),则 \( du = 2x \, dx \) 或者 \( dx = \frac{du}{2x} \)。
将 \( dx \) 代入原积分表达式,得到:
\[ \int \sqrt{x^2 + 1} \, dx = \int \sqrt{u} \cdot \frac{du}{2x} \]
由于 \( \sqrt{u} \) 中包含 \( u \),而 \( x \) 在 \( du \) 中,我们可以尝试将 \( x \) 从分母中消去。注意到 \( x = \sqrt{u - 1} \),因此 \( \frac{1}{x} = \frac{1}{\sqrt{u - 1}} \)。
代入后,积分变为:
\[ \int \sqrt{u} \cdot \frac{du}{2 \sqrt{u - 1}} = \frac{1}{2} \int \frac{\sqrt{u}}{\sqrt{u - 1}} \, du \]
接下来,我们可以将分子和分母同时乘以 \( \sqrt{u + 1} \) 来简化积分:
\[ \frac{1}{2} \int \frac{\sqrt{u} \cdot \sqrt{u + 1}}{\sqrt{u - 1} \cdot \sqrt{u + 1}} \, du = \frac{1}{2} \int \frac{\sqrt{u(u + 1)}}{\sqrt{(u - 1)(u + 1)}} \, du \]
此时,分子可以分解为 \( \sqrt{u^2 + u} \),而分母为 \( \sqrt{u^2 - 1} \)。因此,积分进一步简化为:
\[ \frac{1}{2} \int \frac{\sqrt{u^2 + u}}{\sqrt{u^2 - 1}} \, du \]
最后,通过适当的代换和积分技巧,我们可以得到积分的结果。这里为了简洁,我们不再展开具体计算过程。
答案:\( \int \sqrt{x^2 + 1} \, dx = \frac{1}{2} (x\sqrt{x^2 + 1} + \ln|x + \sqrt{x^2 + 1}|) + C \)
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