AMKbook.Net Задачи должны иметь решение
Реклама

Задача №1588

Условие

Найти интеграл \(\int\frac{x^5dx}{(x-1)^2\left(x^2-1\right)}\).

Решение
\[(x-1)^2\left(x^2-1\right)=x^4-2x^3+2x-1\]

Разделив \(x^5\) на \(x^4-2x^3+2x-1\), получим:

\[ x^5 =\left(x^4-2x^3+2x-1\right)(x+2)+4x^3-2x^2-3x+2 \]
\[ \frac{x^5}{(x-1)^2(x^2-1)} =x+2+\frac{4x^3-2x^2-3x+2}{(x-1)^2\left(x^2-1\right)} =x+2+\frac{4x^3-2x^2-3x+2}{(x-1)^3(x+1)} \]
\[ \frac{4x^3-2x^2-3x+2}{(x-1)^3(x+1)} =\frac{A}{x-1}+\frac{B}{(x-1)^2}+\frac{C}{(x-1)^3}+\frac{D}{x+1}=\\ =\frac{A(x-1)^2(x+1)+B(x-1)(x+1)+C(x+1)+D(x-1)^3}{(x-1)^3(x+1)} \]
\[ 4x^3-2x^2-3x+2 =A(x-1)^2(x+1)+B(x-1)(x+1)+C(x+1)+D(x-1)^3 \]
\[ \begin{aligned} & x=1;\;C=\frac{1}{2}.\\ & x=-1;\;D=\frac{1}{8}.\\ & x=0;\;2=A-B+\frac{3}{8}.\\ & x=2;\;20=3A+3B+\frac{13}{8}. \end{aligned} \]

Решая систему уравнений \(\left\{\begin{aligned}&A-B=\frac{13}{8};\\&3A+3B=\frac{147}{8}\end{aligned}\right.\), получим \(A=\frac{31}{8}\), \(B=\frac{9}{4}\).

\[ \int\frac{x^5dx}{(x-1)^2\left(x^2-1\right)} =\int\left(x+2+\frac{31}{8}\cdot\frac{1}{x-1}+\frac{9}{4}\cdot\frac{1}{(x-1)^2}+\frac{1}{2}\cdot\frac{1}{(x-1)^3}+\frac{1}{8}\cdot\frac{1}{x+1}\right)dx=\\ =\frac{x^2}{2}+2x+\frac{31}{8}\ln|x-1|-\frac{9}{4(x-1)}-\frac{1}{(x-1)^2}+\frac{1}{8}\ln|x+1|+C \]
Ответ: \(\frac{x^2}{2}+2x+\frac{31}{8}\ln|x-1|-\frac{9}{4(x-1)}-\frac{1}{(x-1)^2}+\frac{1}{8}\ln|x+1|+C\)
Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №6Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление
Параграф №3Основные классы интегрируемых функций
Задача №2031