Math Problem Statement

Реши задание

Преобразуйте интеграл ∫dx/(x^2+4x+5) (выделите полный квадрат в трехчлене в знаменателе, сделайте замену переменной и запишите полученный интеграл).

Solution

Для решения этого задания давайте разберёмся шаг за шагом:

Дано:

Нужно преобразовать интеграл
dxx2+4x+5\int \frac{dx}{x^2 + 4x + 5}

  1. Выделим полный квадрат в знаменателе.
    Выражение в знаменателе: x2+4x+5x^2 + 4x + 5 Выделяем полный квадрат: x2+4x+4+1=(x+2)2+1.x^2 + 4x + 4 + 1 = (x+2)^2 + 1.

    Теперь интеграл преобразуется в: dx(x+2)2+1.\int \frac{dx}{(x+2)^2 + 1}.

  2. Замена переменной: Положим: t=x+2,тогда dt=dx.t = x + 2, \quad \text{тогда } dt = dx.

    Интеграл принимает вид: dtt2+1.\int \frac{dt}{t^2 + 1}.

    Это стандартный интеграл: dtt2+1=arctan(t)+C.\int \frac{dt}{t^2 + 1} = \arctan(t) + C.

  3. Ответ на задание: Из предложенных вариантов правильный: t=x+2,dtt2+1.t = x + 2, \quad \int \frac{dt}{t^2 + 1}.

Если нужно разобрать подробнее, напишите!


Вопросы для расширения темы:

  1. Как выделять полный квадрат для других многочленов второй степени?
  2. Почему для интегралов с (t2+a2)(t^2 + a^2) применяется арктангенс?
  3. Какие существуют методы замены переменной в интегралах?
  4. Как интегрировать выражения вида dxx2+ax+b\int \frac{dx}{x^2 + ax + b} в общем случае?
  5. Какие тригонометрические подстановки полезны для подобных интегралов?

Совет:

Всегда проверяйте возможность выделения полного квадрата в знаменателе, прежде чем использовать сложные методы интегрирования.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Integration
Substitution Method
Completing the Square

Formulas

Standard integral formula: ∫dt/(t^2 + 1) = arctan(t) + C
Completing the square: x^2 + bx + c = (x + p)^2 + q

Theorems

Integration of rational functions with quadratic denominators

Suitable Grade Level

University Calculus or Advanced High School