Ολοκλήρωμα του $$$\frac{x^{3}}{x - 3}$$$

Βρείτε $$$\int \frac{x^{3}}{x - 3}\, dx$$$.

Εφόσον ο βαθμός του αριθμητή δεν είναι μικρότερος από τον βαθμό του παρονομαστή, εκτελέστε τη μακρά διαίρεση πολυωνύμων (τα βήματα φαίνονται »):

$${\color{red}{\int{\frac{x^{3}}{x - 3} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(x^{2} + 3 x + 9 + \frac{27}{x - 3}\right)d x}}}$$

Ολοκληρώστε όρο προς όρο:

$${\color{red}{\int{\left(x^{2} + 3 x + 9 + \frac{27}{x - 3}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{9 d x} + \int{3 x d x} + \int{x^{2} d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα της σταθεράς $$$\int c\, dx = c x$$$ με $$$c=9$$$:

$$\int{3 x d x} + \int{x^{2} d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\int{9 d x}}} = \int{3 x d x} + \int{x^{2} d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\left(9 x\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα δύναμης $$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ με $$$n=2$$$:

$$9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\int{x^{2} d x}}}=9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\frac{x^{1 + 2}}{1 + 2}}}=9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\left(\frac{x^{3}}{3}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασίου $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ με $$$c=3$$$ και $$$f{\left(x \right)} = x$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\int{3 x d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\left(3 \int{x d x}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα δύναμης $$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ με $$$n=1$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\int{x d x}}}=\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\frac{x^{1 + 1}}{1 + 1}}}=\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\left(\frac{x^{2}}{2}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασίου $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ με $$$c=27$$$ και $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x - 3}$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + {\color{red}{\int{\frac{27}{x - 3} d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + {\color{red}{\left(27 \int{\frac{1}{x - 3} d x}\right)}}$$

Έστω $$$u=x - 3$$$.

Τότε $$$du=\left(x - 3\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (τα βήματα παρουσιάζονται »), και έχουμε ότι $$$dx = du$$$.

Το ολοκλήρωμα μπορεί να επαναγραφεί ως

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{x - 3} d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

Το ολοκλήρωμα του $$$\frac{1}{u}$$$ είναι $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

Θυμηθείτε ότι $$$u=x - 3$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}}\right| \right)}$$

Επομένως,

$$\int{\frac{x^{3}}{x - 3} d x} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}$$

Προσθέστε τη σταθερά ολοκλήρωσης:

$$\int{\frac{x^{3}}{x - 3} d x} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{x^{3}}{x - 3}\, dx = \left(\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 \ln\left(\left|{x - 3}\right|\right)\right) + C$$$A