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根号下1加x平方的积分

根号下1加x平方的积分可以通过多种方法求解,以下是几种常见的方法:

方法一:换元法

令 $x = \tan t$,则 $dx = \sec^2 t \, dt$,且 $\sqrt{1 + x^2} = \sec t$。代入原积分得:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \int \sec t \cdot \sec^2 t \, dt = \int \sec^3 t \, dt

$$

通过分部积分法,我们有:

$$

\int \sec^3 t \, dt = \sec t \tan t - \int \tan^2 t \sec t \, dt = \sec t \tan t - \int (\sec^2 t - 1) \sec t \, dt = \sec t \tan t - \int \sec^3 t \, dt + \int \sec t \, dt

$$

整理得:

$$

2 \int \sec^3 t \, dt = \sec t \tan t + \ln|\sec t + \tan t|

$$

所以:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \frac{1}{2} \sec t \tan t + \frac{1}{2} \ln|\sec t + \tan t| + C = \frac{1}{2} x \sqrt{1 + x^2} + \frac{1}{2} \ln|x + \sqrt{1 + x^2}| + C

$$

方法二:分部积分法

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \int \sqrt{1 + x^2} \, dx = x \sqrt{1 + x^2} - \int \frac{x^2}{\sqrt{1 + x^2}} \, dx

$$

$$

= x \sqrt{1 + x^2} - \int \sqrt{1 + x^2} - 1 \, dx = x \sqrt{1 + x^2} - \int \sqrt{1 + x^2} \, dx + \int 1 \, dx

$$

整理得:

$$

2 \int \sqrt{1 + x^2} \, dx = x \sqrt{1 + x^2} + \ln|x + \sqrt{1 + x^2}|

$$

所以:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \frac{1}{2} x \sqrt{1 + x^2} + \frac{1}{2} \ln|x + \sqrt{1 + x^2}| + C

$$

方法三:三角代换法

令 $x = \tan \alpha$,则 $dx = \sec^2 \alpha \, d\alpha$,且 $\sqrt{1 + x^2} = \sec \alpha$。代入原积分得:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \int \sec \alpha \cdot \sec^2 \alpha \, d\alpha = \int \sec^3 \alpha \, d\alpha

$$

通过分部积分法,我们有:

$$

\int \sec^3 \alpha \, d\alpha = \sec \alpha \tan \alpha - \int \tan^2 \alpha \sec \alpha \, d\alpha = \sec \alpha \tan \alpha - \int (\sec^2 \alpha - 1) \sec \alpha \, d\alpha

$$

$$

= \sec \alpha \tan \alpha - \int \sec^3 \alpha \, d\alpha + \int \sec \alpha \, d\alpha

$$

整理得:

$$

2 \int \sec^3 \alpha \, d\alpha = \sec \alpha \tan \alpha + \ln|\sec \alpha + \tan \alpha|

$$

所以:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \frac{1}{2} \sec \alpha \tan \alpha + \frac{1}{2} \ln|\sec \alpha + \tan \alpha| + C = \frac{1}{2} x \sqrt{1 + x^2} + \frac{1}{2} \ln|x + \sqrt{1 + x^2}| + C

$$

结论

无论采用哪种方法,根号下1加x平方的积分结果均为:

$$

\int \sqrt{1 + x^2} \, dx = \frac{1}{2} x \sqrt{1 + x^2} + \frac{1}{

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