在高等数学的学习过程中,不定积分是一个重要的知识点,它不仅是微分学的逆运算,也是解决许多实际问题的基础工具。今天我们来探讨一个具体的不定积分问题:求解 ∫x·arctan(x)dx。
要解决这个问题,我们可以采用分部积分法。分部积分法的基本公式为:
∫u·dv = u·v - ∫v·du
在这个问题中,我们选择u=arctan(x),dv=x·dx。这样做的原因是arctan(x)的导数相对简单,而x的积分也容易计算。
首先,我们需要确定u和dv的具体形式:
u = arctan(x)
dv = x·dx
接下来,分别计算du和v:
du = (1/(1+x^2))·dx
v = (1/2)x^2
现在将这些值代入分部积分公式:
∫x·arctan(x)dx = (1/2)x^2·arctan(x) - ∫(1/2)x^2·(1/(1+x^2))·dx
简化后得到:
∫x·arctan(x)dx = (1/2)x^2·arctan(x) - (1/2)∫(x^2/(1+x^2))·dx
对于第二个积分部分,我们可以进行进一步的简化。注意到x^2/(1+x^2)可以写成1 - 1/(1+x^2),因此:
∫(x^2/(1+x^2))·dx = ∫(1 - 1/(1+x^2))·dx = ∫1·dx - ∫(1/(1+x^2))·dx
这两个积分分别是x和arctan(x),所以最终结果为:
∫x·arctan(x)dx = (1/2)x^2·arctan(x) - (1/2)x + (1/2)arctan(x) + C
这里C是积分常数。通过上述步骤,我们成功地解决了这个不定积分问题。
总结来说,分部积分法是一种非常有效的工具,用于处理形如uv'的积分问题。在实际应用中,选择合适的u和dv是关键,这需要一定的经验和技巧。希望这次讲解能够帮助大家更好地理解和掌握不定积分的求解方法。