arctanx/x^2在一到无穷上的反常积分怎么求,有具体步骤

更新时间:2025-12-23 03:28:16
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求解反常积分 \(\int_{1}^{\infty} \frac{\arctan x}{x^2} \, dx\) 的具体步骤如下:

1. 变量代换:为了简化积分式,我们可以进行变量代换。设 \( u = \arctan x \),则 \( du = \frac{1}{1+x^2} \, dx \)。由于 \( x \) 的取值范围是 \( [1, \infty) \),则 \( u \) 的取值范围是 \( [\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{2}] \)。

2. 积分变换:将原积分变换为 \( u \) 的函数:
\[
\int_{1}^{\infty} \frac{\arctan x}{x^2} \, dx = \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} u \, du
\]

3. 计算积分:计算变换后的积分:
\[
\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} u \, du = \left[ \frac{u^2}{2} \right]_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{1}{2} \left( \left( \frac{\pi}{2} \right)^2 - \left( \frac{\pi}{4} \right)^2 \right)
\]

4. 化简结果:进一步化简得到:
\[
\frac{1}{2} \left( \frac{\pi^2}{4} - \frac{\pi^2}{16} \right) = \frac{1}{2} \cdot \frac{3\pi^2}{16} = \frac{3\pi^2}{32}
\]

因此,反常积分 \(\int_{1}^{\infty} \frac{\arctan x}{x^2} \, dx\) 的值为 \(\frac{3\pi^2}{32}\)。

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