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【趣味數(shù)學(xué)題】反正切函數(shù)的積分

2021-10-07 10:07 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤(Tao Steven Zheng )著

【問題】

這道經(jīng)典問題是關(guān)于分部積分法(integration by parts)和換元積分法(integration by substitution)的一個(gè)很好的練習(xí)題。求解

%20%5Cint%20%5Carctan(x)%20dx

的積分公式。

【題解】

步驟一:分部積分法(integration by parts)

u%20%3D%20%5Carctan(x)%20dv%20%3D%20(1)dx,那么 du%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2Bx%5E2%7D%20dx%20v%20%3D%20x%20。

把每一個(gè)部分代入分部積分法公式(integration by parts formula)

%5Cint%20udv%20%3D%20uv%20-%20%5Cint%20vdu


%5Cint%20%5Carctan(x)%20dx%20%20%3D%20%5Carctan(x)%5Ccdot%20x%20-%20%5Cint%20%5Cfrac%7Bx%7D%7B1%2Bx%5E2%7D%20dx


步驟二:換元積分法(integration by substitution)

我們現(xiàn)在專注于積分 %5Cint%20%5Cfrac%7Bx%7D%7B1%2Bx%5E2%7D%20dx%20。

u%20%3D%201%20%2Bx%5E2,然后 du%20%3D%202x%20dx。

所以,

%5Cint%20%5Cfrac%7Bx%7D%7B1%2Bx%5E2%7D%20dx%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%5Cint%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bu%7D%20du%20

%5Cint%20%5Cfrac%7Bx%7D%7B1%2Bx%5E2%7D%20dx%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cln%7C1%2Bx%5E2%7C

因此,整個(gè)積分是

%20%5Cint%20%5Carctan(x)%20dx%20%3D%20x%5Carctan(x)%20-%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Cln%7C1%2Bx%5E2%7C%20%2B%20C



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