int dfrac ({x)^3}(sqrt {1+{x)^2}}dx,

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查不定积分的计算,特别是通过变量替换法处理含有根号的有理函数积分。关键在于合理选择中间变量,将复杂积分转化为简单形式。
解题思路:
- 观察分母结构:分母为$\sqrt{1+x^2}$,提示可令$u=1+x^2$简化积分。
- 拆分分子:将分子$x^3$拆分为$x^2 \cdot x$,利用$du=2x dx$替换$x dx$,并用$u-1$代替$x^2$。
- 分项积分:将拆分后的表达式转化为关于$u$的简单分式,分别积分后合并结果。
步骤1:变量替换
令$u = 1 + x^2$,则$du = 2x dx$,即$x dx = \dfrac{du}{2}$。此时原积分可改写为:
$\int \frac{x^3}{\sqrt{1+x^2}} dx = \int \frac{x^2 \cdot x}{\sqrt{u}} dx = \frac{1}{2} \int \frac{u-1}{\sqrt{u}} du$
步骤2:拆分分子
将分子$u-1$拆分为两部分:
$\frac{u-1}{\sqrt{u}} = \frac{u}{\sqrt{u}} - \frac{1}{\sqrt{u}} = \sqrt{u} - \frac{1}{\sqrt{u}}$
步骤3:分项积分
分别对$\sqrt{u}$和$\frac{1}{\sqrt{u}}$积分:
$\begin{aligned}\frac{1}{2} \int \left( \sqrt{u} - \frac{1}{\sqrt{u}} \right) du &= \frac{1}{2} \left( \int u^{1/2} du - \int u^{-1/2} du \right) \\&= \frac{1}{2} \left( \frac{2}{3} u^{3/2} - 2 u^{1/2} \right) + C\end{aligned}$
步骤4:代回变量
将$u = 1 + x^2$代回,整理得:
$\frac{1}{3} (1+x^2)^{3/2} - (1+x^2)^{1/2} + C$