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数学
题目

计算下列广义积分:(int )_(1)^+infty dfrac (dx)(xsqrt {2{x)^2-1}}

计算下列广义积分:

题目解答

答案

我们进行如下变换为

则得到

故原式变为:

故本题的结果为

解析

考查要点:本题主要考查广义积分的计算,特别是通过变量替换将复杂的积分转化为标准形式的能力。关键在于选择合适的代换,简化被积函数,使其转化为可直接积分的形式。

解题核心思路:观察到被积函数中的根号结构$\sqrt{2x^2 -1}$,通过代数代换将其转化为更简单的表达式。通过令$t = \sqrt{2x^2 -1}$,可以将原积分转化为关于$t$的有理函数积分,进而利用标准积分公式求解。

破题关键点:

  1. 变量替换:选择$t = \sqrt{2x^2 -1}$,简化根号部分。
  2. 积分上下限转换:确定$x$从$1$到$+\infty$时,$t$的范围为$1$到$+\infty$。
  3. 积分化简:通过代换将原积分转化为$\int \frac{1}{t^2 + 1} dt$,直接利用反正切函数的积分公式。

变量替换:令$t = \sqrt{2x^2 -1}$,则$t^2 = 2x^2 -1$,解得$x = \sqrt{\dfrac{t^2 + 1}{2}}$。对$t$求导得:
$dx = \frac{t}{\sqrt{2(t^2 + 1)}} dt$

积分转换:将原积分中的被积函数和积分变量替换为$t$的表达式:
$\begin{aligned}\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{x \sqrt{2x^2 -1}} dx &= \int_{1}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt{\dfrac{t^2 + 1}{2}} \cdot t} \cdot \frac{t}{\sqrt{2(t^2 + 1)}} dt \\&= \int_{1}^{+\infty} \frac{1}{t^2 + 1} dt\end{aligned}$

积分计算:利用标准积分公式$\int \frac{1}{t^2 + 1} dt = \arctan t + C$,得:
$\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{t^2 + 1} dt = \left[ \arctan t \right]_{1}^{+\infty} = \frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{4} = \frac{\pi}{4}$

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