$$$\frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1}\, dx$$$。

令 $$$u=\sqrt[4]{x}$$$。

則 $$$du=\left(\sqrt[4]{x}\right)^{\prime }dx = \frac{1}{4 x^{\frac{3}{4}}} dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$\frac{dx}{x^{\frac{3}{4}}} = 4 du$$$。

所以，

$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{4 u^{5}}{u^{3} + 1} d u}}}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=4$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \frac{u^{5}}{u^{3} + 1}$$$：

$${\color{red}{\int{\frac{4 u^{5}}{u^{3} + 1} d u}}} = {\color{red}{\left(4 \int{\frac{u^{5}}{u^{3} + 1} d u}\right)}}$$

由於分子次數不小於分母次數，進行多項式長除法（步驟見»）:

$$4 {\color{red}{\int{\frac{u^{5}}{u^{3} + 1} d u}}} = 4 {\color{red}{\int{\left(u^{2} - \frac{u^{2}}{u^{3} + 1}\right)d u}}}$$

逐項積分：

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

套用冪次法則 $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$，以 $$$n=2$$$：

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

令 $$$v=u^{3} + 1$$$。

則 $$$dv=\left(u^{3} + 1\right)^{\prime }du = 3 u^{2} du$$$ (步驟見»)，並可得 $$$u^{2} du = \frac{dv}{3}$$$。

因此，

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

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$，使用 $$$c=\frac{1}{3}$$$ 與 $$$f{\left(v \right)} = \frac{1}{v}$$$：

$$\frac{4 u^{3}}{3} - 4 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 v} d v}}} = \frac{4 u^{3}}{3} - 4 {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{3}\right)}}$$

$$$\frac{1}{v}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$：

$$\frac{4 u^{3}}{3} - \frac{4 {\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{3} = \frac{4 u^{3}}{3} - \frac{4 {\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{3}$$

回顧一下 $$$v=u^{3} + 1$$$：

$$\frac{4 u^{3}}{3} - \frac{4 \ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{3} = \frac{4 u^{3}}{3} - \frac{4 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u^{3} + 1\right)}}}\right| \right)}}{3}$$

回顧一下 $$$u=\sqrt[4]{x}$$$：

$$- \frac{4 \ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{u}}^{3}}\right| \right)}}{3} + \frac{4 {\color{red}{u}}^{3}}{3} = - \frac{4 \ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{\sqrt[4]{x}}}^{3}}\right| \right)}}{3} + \frac{4 {\color{red}{\sqrt[4]{x}}}^{3}}{3}$$

因此，

$$\int{\frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1} d x} = \frac{4 x^{\frac{3}{4}}}{3} - \frac{4 \ln{\left(\left|{x^{\frac{3}{4}} + 1}\right| \right)}}{3}$$

加上積分常數：

$$\int{\frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1} d x} = \frac{4 x^{\frac{3}{4}}}{3} - \frac{4 \ln{\left(\left|{x^{\frac{3}{4}} + 1}\right| \right)}}{3}+C$$

$$$\int \frac{\sqrt{x}}{x^{\frac{3}{4}} + 1}\, dx = \left(\frac{4 x^{\frac{3}{4}}}{3} - \frac{4 \ln\left(\left|{x^{\frac{3}{4}} + 1}\right|\right)}{3}\right) + C$$$A