$$$\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1$$$의 적분

$$$\int \left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)\, dx$$$을(를) 구하시오.

각 항별로 적분하십시오:

$${\color{red}{\int{\left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d x} + \int{\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} d x}\right)}}$$

상수 법칙 $$$\int c\, dx = c x$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:

$$\int{\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} d x} + {\color{red}{\int{1 d x}}} = \int{\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} d x} + {\color{red}{x}}$$

분자의 차수가 분모의 차수보다 크거나 같으므로 다항식의 긴 나눗셈을 수행하십시오(단계는 »에서 볼 수 있습니다):

$$x + {\color{red}{\int{\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} d x}}} = x + {\color{red}{\int{\left(x^{2} - 2 + \frac{3 x^{2} + 2}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}}\right)d x}}}$$

각 항별로 적분하십시오:

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

상수 법칙 $$$\int c\, dx = c x$$$을 $$$c=2$$$에 적용하십시오:

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

멱법칙($$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$)을 $$$n=2$$$에 적용합니다:

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

부분분수분해를 수행합니다(단계는 »에서 볼 수 있습니다):

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

각 항별로 적분하십시오:

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

적분 $$$\int{\frac{1}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} d x}$$$을 계산하려면, 적분 $$$\int{\frac{1}{x^{2} + 1} d x}$$$에 부분적분법 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$을 적용하십시오.

$$$\operatorname{u}=\frac{1}{x^{2} + 1}$$$와 $$$\operatorname{dv}=dx$$$라고 하자.

그러면 $$$\operatorname{du}=\left(\frac{1}{x^{2} + 1}\right)^{\prime }dx=- \frac{2 x}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} dx$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음) 및 $$$\operatorname{v}=\int{1 d x}=x$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음).

따라서,

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

상수를 인수로 묶으세요:

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

피적분함수의 분자를 $$$x^{2}=x^{2}{\color{red}{+1}}{\color{red}{-1}}$$$로 다시 쓰고 분리하십시오:

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

적분을 분리하시오:

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

따라서 적분에 관한 다음과 같은 간단한 선형 방정식을 얻는다:

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

이를 풀면 다음을 얻는다.

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

따라서,

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

$$$\frac{1}{x^{2} + 1}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{x^{2} + 1} d x} = \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$$:

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

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$을 $$$c=3$$$와 $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{2} + 1}$$$에 적용하세요:

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

$$$\frac{1}{x^{2} + 1}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{x^{2} + 1} d x} = \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$$:

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

따라서,

$$\int{\left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)d x} = \frac{x^{3}}{3} - x - \frac{x}{2 \left(x^{2} + 1\right)} + \frac{5 \operatorname{atan}{\left(x \right)}}{2}$$

간단히 하시오:

$$\int{\left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)d x} = \frac{- 3 x + \left(x^{2} + 1\right) \left(2 x^{3} - 6 x + 15 \operatorname{atan}{\left(x \right)}\right)}{6 \left(x^{2} + 1\right)}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)d x} = \frac{- 3 x + \left(x^{2} + 1\right) \left(2 x^{3} - 6 x + 15 \operatorname{atan}{\left(x \right)}\right)}{6 \left(x^{2} + 1\right)}+C$$

$$$\int \left(\frac{x^{6}}{\left(x^{2} + 1\right)^{2}} + 1\right)\, dx = \frac{- 3 x + \left(x^{2} + 1\right) \left(2 x^{3} - 6 x + 15 \operatorname{atan}{\left(x \right)}\right)}{6 \left(x^{2} + 1\right)} + C$$$A