Ολοκλήρωμα του $$$\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1}$$$

Βρείτε $$$\int \frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1}\, dx$$$.

Έστω $$$x=\cosh{\left(u \right)}$$$.

Τότε $$$dx=\left(\cosh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \sinh{\left(u \right)} du$$$ (τα βήματα μπορούν να προβληθούν »).

Επίσης, έπεται ότι $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$.

Ο ολοκληρωτέος γίνεται

$$$\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1} = \frac{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}{\cosh{\left( u \right)} - 1}$$$

Χρησιμοποιήστε την ταυτότητα $$$\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1 = \sinh^{2}{\left( u \right)}$$$:

$$$\frac{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}{\cosh{\left( u \right)} - 1}=\frac{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}}{\cosh{\left( u \right)} - 1}$$$

Υποθέτοντας ότι $$$\sinh{\left( u \right)} \ge 0$$$, προκύπτουν τα ακόλουθα:

$$$\frac{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}}{\cosh{\left( u \right)} - 1} = \frac{\sinh{\left( u \right)}}{\cosh{\left( u \right)} - 1}$$$

Το ολοκλήρωμα μπορεί να γραφεί εκ νέου ως

$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)}}{\cosh{\left(u \right)} - 1} d u}}}$$

Εκφράστε το υπερβολικό ημίτονο ως προς το υπερβολικό συνημίτονο, εκφράστε περαιτέρω τον αριθμητή, χρησιμοποιήστε τον τύπο της διαφοράς τετραγώνων και απλοποιήστε.:

$${\color{red}{\int{\frac{\sinh^{2}{\left(u \right)}}{\cosh{\left(u \right)} - 1} d u}}} = {\color{red}{\int{\left(\cosh{\left(u \right)} + 1\right)d u}}}$$

Ολοκληρώστε όρο προς όρο:

$${\color{red}{\int{\left(\cosh{\left(u \right)} + 1\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d u} + \int{\cosh{\left(u \right)} d u}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα της σταθεράς $$$\int c\, du = c u$$$ με $$$c=1$$$:

$$\int{\cosh{\left(u \right)} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{\cosh{\left(u \right)} d u} + {\color{red}{u}}$$

Το ολοκλήρωμα του υπερβολικού συνημιτόνου είναι $$$\int{\cosh{\left(u \right)} d u} = \sinh{\left(u \right)}$$$:

$$u + {\color{red}{\int{\cosh{\left(u \right)} d u}}} = u + {\color{red}{\sinh{\left(u \right)}}}$$

Θυμηθείτε ότι $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$:

$$\sinh{\left({\color{red}{u}} \right)} + {\color{red}{u}} = \sinh{\left({\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}} \right)} + {\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}}$$

Επομένως,

$$\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1} d x} = \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$

Προσθέστε τη σταθερά ολοκλήρωσης:

$$\int{\frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1} d x} = \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}+C$$

$$$\int \frac{\sqrt{x^{2} - 1}}{x - 1}\, dx = \left(\sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}\right) + C$$$A