$$$\frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}}$$$ 的积分

求$$$\int \frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}}\, dx$$$。

配平方（步骤见»）：$$$x^{2} + x + 1 = \left(x + \frac{1}{2}\right)^{2} + \frac{3}{4}$$$:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{\left(x + \frac{1}{2}\right)^{2} + \frac{3}{4}}} d x}}}$$

设$$$u=x + \frac{1}{2}$$$。

则$$$du=\left(x + \frac{1}{2}\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (步骤见»)，并有$$$dx = du$$$。

因此，

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{\left(x + \frac{1}{2}\right)^{2} + \frac{3}{4}}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{u^{2} + \frac{3}{4}}} d u}}}$$

设$$$u=\frac{\sqrt{3} \sinh{\left(v \right)}}{2}$$$。

则$$$du=\left(\frac{\sqrt{3} \sinh{\left(v \right)}}{2}\right)^{\prime }dv = \frac{\sqrt{3} \cosh{\left(v \right)}}{2} dv$$$（步骤见»）。

此外，可得$$$v=\operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} u}{3} \right)}$$$。

因此，

$$$\frac{1}{\sqrt{ u ^{2} + \frac{3}{4}}} = \frac{1}{\sqrt{\frac{3 \sinh^{2}{\left( v \right)}}{4} + \frac{3}{4}}}$$$

利用恒等式 $$$\sinh^{2}{\left( v \right)} + 1 = \cosh^{2}{\left( v \right)}$$$：

$$$\frac{1}{\sqrt{\frac{3 \sinh^{2}{\left( v \right)}}{4} + \frac{3}{4}}}=\frac{2 \sqrt{3}}{3 \sqrt{\sinh^{2}{\left( v \right)} + 1}}=\frac{2 \sqrt{3}}{3 \sqrt{\cosh^{2}{\left( v \right)}}}$$$

$$$\frac{2 \sqrt{3}}{3 \sqrt{\cosh^{2}{\left( v \right)}}} = \frac{2 \sqrt{3}}{3 \cosh{\left( v \right)}}$$$

积分变为

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{u^{2} + \frac{3}{4}}} d u}}} = {\color{red}{\int{1 d v}}}$$

应用常数法则 $$$\int c\, dv = c v$$$，使用 $$$c=1$$$：

$${\color{red}{\int{1 d v}}} = {\color{red}{v}}$$

回忆一下 $$$v=\operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} u}{3} \right)}$$$:

$${\color{red}{v}} = {\color{red}{\operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} u}{3} \right)}}}$$

回忆一下 $$$u=x + \frac{1}{2}$$$:

$$\operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} {\color{red}{u}}}{3} \right)} = \operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} {\color{red}{\left(x + \frac{1}{2}\right)}}}{3} \right)}$$

因此，

$$\int{\frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}} d x} = \operatorname{asinh}{\left(\frac{2 \sqrt{3} \left(x + \frac{1}{2}\right)}{3} \right)}$$

化简：

$$\int{\frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}} d x} = \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{3} \left(2 x + 1\right)}{3} \right)}$$

加上积分常数：

$$\int{\frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}} d x} = \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{3} \left(2 x + 1\right)}{3} \right)}+C$$

$$$\int \frac{1}{\sqrt{x^{2} + x + 1}}\, dx = \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{3} \left(2 x + 1\right)}{3} \right)} + C$$$A