题目
求(int )_(1)^+infty dfrac (dx)(xsqrt {2{x)^2-1}}=
求
题目解答
答案
解:
∵
且
所以上式就可以转换为
即:
故综上所述,答案为
解析
步骤 1:换元
令 $u = \sqrt{2x^2 - 1}$,则 $du = \frac{2x}{\sqrt{2x^2 - 1}}dx$,即 $dx = \frac{\sqrt{2x^2 - 1}}{2x}du$。
步骤 2:代入
将 $u$ 和 $dx$ 的表达式代入原积分,得到
${\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {dx}{x\sqrt {2{x}^{2}-1}} = {\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {\sqrt{2x^2 - 1}}{2x^2\sqrt{2x^2 - 1}}du = \frac{1}{2}{\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {du}{u^2 + 1}$。
步骤 3:积分
积分 $\frac{1}{2}{\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {du}{u^2 + 1}$,得到 $\frac{1}{2}\arctan(u) + C$。
步骤 4:代回原变量
将 $u = \sqrt{2x^2 - 1}$ 代回,得到 $\frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}) + C$。
步骤 5:计算定积分
计算定积分 ${\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {dx}{x\sqrt {2{x}^{2}-1}} = \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}){|}_{1}^{+\infty}$。
步骤 6:求极限
求极限 $\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}) - \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2 - 1})$。
步骤 7:计算结果
计算结果为 $\frac{1}{2}\arctan(\infty) - \frac{1}{2}\arctan(1) = \frac{1}{2}\frac{\pi}{2} - \frac{1}{2}\frac{\pi}{4} = \frac{\pi}{4}$。
令 $u = \sqrt{2x^2 - 1}$,则 $du = \frac{2x}{\sqrt{2x^2 - 1}}dx$,即 $dx = \frac{\sqrt{2x^2 - 1}}{2x}du$。
步骤 2:代入
将 $u$ 和 $dx$ 的表达式代入原积分,得到
${\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {dx}{x\sqrt {2{x}^{2}-1}} = {\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {\sqrt{2x^2 - 1}}{2x^2\sqrt{2x^2 - 1}}du = \frac{1}{2}{\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {du}{u^2 + 1}$。
步骤 3:积分
积分 $\frac{1}{2}{\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {du}{u^2 + 1}$,得到 $\frac{1}{2}\arctan(u) + C$。
步骤 4:代回原变量
将 $u = \sqrt{2x^2 - 1}$ 代回,得到 $\frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}) + C$。
步骤 5:计算定积分
计算定积分 ${\int }_{1}^{+\infty }\dfrac {dx}{x\sqrt {2{x}^{2}-1}} = \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}){|}_{1}^{+\infty}$。
步骤 6:求极限
求极限 $\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2x^2 - 1}) - \frac{1}{2}\arctan(\sqrt{2 - 1})$。
步骤 7:计算结果
计算结果为 $\frac{1}{2}\arctan(\infty) - \frac{1}{2}\arctan(1) = \frac{1}{2}\frac{\pi}{2} - \frac{1}{2}\frac{\pi}{4} = \frac{\pi}{4}$。