AMKbook.Net Задачи должны иметь решение
Реклама

Задача №1636

Условие

Найти интеграл \(\int\frac{x\sqrt{1+x}}{\sqrt{1-x}}dx\).

Решение
\[ \int\frac{x\sqrt{1+x}}{\sqrt{1-x}}dx =\int\frac{x\sqrt{1+x}\cdot\sqrt{1+x}}{\sqrt{1-x}\cdot\sqrt{1+x}}dx =\int\frac{x+x^2}{\sqrt{1-x^2}}dx \]

В принципе, здесь несложно разбить на два интеграла и во втором осуществить подстановку \(x=\sin{t}\), однако сугубо из интереса пойдём немного иным путём. Для начала рассмотрим один вспомогательный интеграл:

\[ \int\sqrt{1-x^2}\;dx=\left[\begin{aligned}& u=\sqrt{1-x^2}; \; du=\frac{-xdx}{\sqrt{1-x^2}}.\\ & dv=dx; \; v=x. \end{aligned} \right] =x\cdot \sqrt{1-x^2}+\int\frac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}dx=\\ =x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\frac{1-x^2-1}{\sqrt{1-x^2}}dx =x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\sqrt{1-x^2}\;dx +\int\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}=\\ =x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\sqrt{1-x^2}\;dx +\arcsin{x}+C. \]
\[ \int\sqrt{1-x^2}\;dx =\frac{x}{2}\cdot\sqrt{1-x^2}+\frac{\arcsin{x}}{2}+C \]

К слову, рассмотренный выше интеграл часто вносят в таблицы неопределённых интегралов в общем виде \(\int\sqrt{a^2-x^2}dx\) как стандартную формулу. Возвращаемся к исходному интегралу:

\[ \int\frac{x+x^2}{\sqrt{1-x^2}}dx =\int\frac{xdx}{\sqrt{1-x^2}}dx-\int\frac{1-x^2-1}{\sqrt{1-x^2}}dx=\\ =-\frac{1}{2}\int\left(1-x^2\right)^{-\frac{1}{2}}d\left(1-x^2\right)-\int\sqrt{1-x^2}dx+\int\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}=\\ =-\sqrt{1-x^2}-\frac{x}{2}\cdot\sqrt{1-x^2}-\frac{\arcsin{x}}{2}+\arcsin{x}+C =-\sqrt{1-x^2}\cdot\left(1+\frac{x}{2}\right)+\frac{\arcsin{x}}{2}+C \]
Ответ: \(-\sqrt{1-x^2}\cdot\left(1+\frac{x}{2}\right)+\frac{\arcsin{x}}{2}+C\)
Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №6Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление
Параграф №3Основные классы интегрируемых функций
Задача №2179