Wat is de antiderivate van 1 / (x ^ 2-2x + 2) ^ 2?

Wat is de antiderivate van 1 / (x ^ 2-2x + 2) ^ 2?
Anonim

Antwoord:

# 1 / 2arctan (x-1) + (x-1) / (2 (x ^ 2-2x + 2)) + c #

Uitleg:

Dus hier hebben we de integraal:

#int 1 / (x ^ 2-2x + 2) ^ 2 dx #

En de vorm van kwadratische reciproke lijkt te suggereren dat trigonometrische substitutie hier zou werken. Dus voltooi eerst het vierkant om te krijgen:

# x ^ 2-2x + 2 = (x-1) ^ 2 + 1 #

Breng vervolgens de vervanging aan #u = x-1 # om de lineaire te verwijderen:

# (du) / dx = 1 #

#rArr du = dx #

We kunnen dus veilig variabelen veranderen zonder ongewenste bijwerkingen:

#int 1 / (x ^ 2-2x + 2) ^ 2 dx #

# = int 1 / ((x-1) ^ 2 +1) ^ 2 dx #

# - = int 1 / (u ^ 2 + 1) ^ 2 du #

Dit is nu de ideale vorm voor het uitvoeren van een trigonometrische substitutie; # u ^ 2 + 1 # suggereert de Pythagorische identiteit # 1 + tan ^ 2theta = sec ^ 2theta #, dus we passen de vervanging toe #u = tantheta # om de noemer te vereenvoudigen:

# (du) / (d theta) = sec ^ 2 theta #

#rArr du = sec ^ 2 theta d theta #

Dus de integraal wordt:

#int 1 / (sec ^ 2 theta) ^ 2 * sec ^ 2 theta d theta #

# = int 1 / (sec ^ 2 theta) d theta #

# - = int cos ^ 2 theta d theta #

Nu gebruiken we de double-angle-formule voor # Cos # om dit antiderivaat hanteerbaarder te maken:

#cos (2theta) = 2cos ^ 2 theta - 1 #

#hARr cos ^ 2 theta = 1/2 (cos (2 theta) + 1) #

Plaats dat dan in de integraal:

# 1/2 int cos (2 theta) + 1 d theta #

# = 1/2 (theta + 1/2 sin (2 theta)) + c # (en dit opnieuw te openen met de dubbele-hoekformule voor #zonde#)

# = 1/2 theta + 1 / 2sinthetacostheta + c #

Nu, # x-1 = u = tan theta #

#rArr theta = arctan (x-1) #

# 1 + (x-1) ^ 2 = sec ^ 2 theta #

#rArr cos theta = 1 / sqrt (x ^ 2 - 2x +2) #

#sin theta = tan theta * cos theta #

#rArr sin theta = (x-1) / (sqrt (x ^ 2 + 2x + 2) #

#:. sintheta * costheta = (x-1) / (x ^ 2-2x + 2) #

Eindelijk, ter zake komen:

#int 1 / (x ^ 2-2x + 2) ^ 2 dx #

# = 1 / 2arctan (x-1) + (x-1) / (2 (x ^ 2-2x + 2)) + c #