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integral of (x^4)/(sqrt(4+x^2))

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解答

∫4+x2​x4​dx

解答

512(2563​ln​tan(21​arctan(21​x))+1​−256(tan(21​arctan(21​x))+1)3​+256(tan(21​arctan(21​x))+1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))+1)31​−128(tan(21​arctan(21​x))+1)41​−2563​ln​tan(21​arctan(21​x))−1​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)3​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))−1)31​+128(tan(21​arctan(21​x))−1)41​)+C
求解步骤
∫4+x2​x4​dx
使用三角换元法
=∫16tan4(u)sec(u)du
提出常数: ∫a⋅f(x)dx=a⋅∫f(x)dx=16⋅∫tan4(u)sec(u)du
使用三角恒等式改写
=16⋅∫cos5(u)sin4(u)​du
使用换元积分法
=16⋅∫(1−v2)532v4​dv
提出常数: ∫a⋅f(x)dx=a⋅∫f(x)dx=16⋅32⋅∫(1−v2)5v4​dv
将(1−v2)5v4​用部份分式展开:256(v+1)3​+256(v+1)23​−128(v+1)31​−64(v+1)43​+32(v+1)51​−256(v−1)3​+256(v−1)23​+128(v−1)31​−64(v−1)43​−32(v−1)51​
=16⋅32⋅∫256(v+1)3​+256(v+1)23​−128(v+1)31​−64(v+1)43​+32(v+1)51​−256(v−1)3​+256(v−1)23​+128(v−1)31​−64(v−1)43​−32(v−1)51​dv
使用积分加法定则: ∫f(x)±g(x)dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx=16⋅32(∫256(v+1)3​dv+∫256(v+1)23​dv−∫128(v+1)31​dv−∫64(v+1)43​dv+∫32(v+1)51​dv−∫256(v−1)3​dv+∫256(v−1)23​dv+∫128(v−1)31​dv−∫64(v−1)43​dv−∫32(v−1)51​dv)
∫256(v+1)3​dv=2563​ln∣v+1∣
∫256(v+1)23​dv=−256(v+1)3​
∫128(v+1)31​dv=−256(v+1)21​
∫64(v+1)43​dv=−64(v+1)31​
∫32(v+1)51​dv=−128(v+1)41​
∫256(v−1)3​dv=2563​ln∣v−1∣
∫256(v−1)23​dv=−256(v−1)3​
∫128(v−1)31​dv=−256(v−1)21​
∫64(v−1)43​dv=−64(v−1)31​
∫32(v−1)51​dv=−128(v−1)41​
=16⋅32(2563​ln∣v+1∣−256(v+1)3​−(−256(v+1)21​)−(−64(v+1)31​)−128(v+1)41​−2563​ln∣v−1∣−256(v−1)3​−256(v−1)21​−(−64(v−1)31​)−(−128(v−1)41​))
代回
=16⋅32​2563​ln​tan(2arctan(21​x)​)+1​−256(tan(2arctan(21​x)​)+1)3​−​−256(tan(2arctan(21​x)​)+1)21​​−​−64(tan(2arctan(21​x)​)+1)31​​−128(tan(2arctan(21​x)​)+1)41​−2563​ln​tan(2arctan(21​x)​)−1​−256(tan(2arctan(21​x)​)−1)3​−256(tan(2arctan(21​x)​)−1)21​−​−64(tan(2arctan(21​x)​)−1)31​​−​−128(tan(2arctan(21​x)​)−1)41​​​
化简 16⋅32​2563​ln​tan(2arctan(21​x)​)+1​−256(tan(2arctan(21​x)​)+1)3​−​−256(tan(2arctan(21​x)​)+1)21​​−​−64(tan(2arctan(21​x)​)+1)31​​−128(tan(2arctan(21​x)​)+1)41​−2563​ln​tan(2arctan(21​x)​)−1​−256(tan(2arctan(21​x)​)−1)3​−256(tan(2arctan(21​x)​)−1)21​−​−64(tan(2arctan(21​x)​)−1)31​​−​−128(tan(2arctan(21​x)​)−1)41​​​:512(2563​ln​tan(21​arctan(21​x))+1​−256(tan(21​arctan(21​x))+1)3​+256(tan(21​arctan(21​x))+1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))+1)31​−128(tan(21​arctan(21​x))+1)41​−2563​ln​tan(21​arctan(21​x))−1​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)3​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))−1)31​+128(tan(21​arctan(21​x))−1)41​)
=512(2563​ln​tan(21​arctan(21​x))+1​−256(tan(21​arctan(21​x))+1)3​+256(tan(21​arctan(21​x))+1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))+1)31​−128(tan(21​arctan(21​x))+1)41​−2563​ln​tan(21​arctan(21​x))−1​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)3​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))−1)31​+128(tan(21​arctan(21​x))−1)41​)
解答补常数=512(2563​ln​tan(21​arctan(21​x))+1​−256(tan(21​arctan(21​x))+1)3​+256(tan(21​arctan(21​x))+1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))+1)31​−128(tan(21​arctan(21​x))+1)41​−2563​ln​tan(21​arctan(21​x))−1​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)3​−256(tan(21​arctan(21​x))−1)21​+64(tan(21​arctan(21​x))−1)31​+128(tan(21​arctan(21​x))−1)41​)+C

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