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101 台灣大學微積分(B) 第 5 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

101學年度 · 101台大微積分B · 第 5 題

題目

Problem

(5) 若 nn 為正整數,a,b≠0a,b\ne 0,則積分 ∫dxx(a+bxn)2=(5)‾\int \frac{dx}{x(a+bx^n)^2}=\underline{\quad(5)\quad}。

解答

解法一

思路

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  • 分母同時含有 xx 和 xnx^n;先令 u=xnu=x^n,把 dx/x\mathrm{d}x/x 化成常數倍的 du/u\mathrm{d}u/u。
  • 此時可把有理式拆成容易積分的兩項。

答題過程

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令 u=xnu=x^n,則 dx/x=du/(nu)\mathrm{d}x/x=\mathrm{d}u/(nu)。再令 v=a+buv=a+bu,可得

∫dxx(a+bxn)2= 1n∫duu(a+bu)2= 1n∫(1a2u−ba2(a+bu)−ba(a+bu)2) du= 1n[1a2ln⁡∣bxna+bxn∣+1a(a+bxn)]+C.\begin{align*} \int\frac{\mathrm{d}x}{x(a+bx^n)^2} =&\,\frac1n\int\frac{\mathrm{d}u}{u(a+bu)^2}\\[4mm] =&\,\frac1n\int\left(\frac1{a^2u}-\frac{b}{a^2(a+bu)}-\frac{b}{a(a+bu)^2}\right)\,\mathrm{d}u\\[4mm] =&\,\frac1n\left[\frac1{a^2}\ln\left|\frac{bx^n}{a+bx^n}\right| +\frac1{a(a+bx^n)}\right]+C. \end{align*}