$$$\frac{1}{x^{3} + x}$$$ 的積分

此計算器將求出 $$$\frac{1}{x^{3} + x}$$$ 的不定積分(原函數),並顯示步驟。

相關計算器: 定積分與廣義積分計算器

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$$$\int \frac{1}{x^{3} + x}\, dx$$$

解答

進行部分分式分解(步驟可見 »):

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

逐項積分:

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

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

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

$$$u=x^{2} + 1$$$

$$$du=\left(x^{2} + 1\right)^{\prime }dx = 2 x dx$$$ (步驟見»),並可得 $$$x dx = \frac{du}{2}$$$

因此,

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

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$,使用 $$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$

$$\ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}} = \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{u} d u}}{2}\right)}}$$

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

$$\ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$

回顧一下 $$$u=x^{2} + 1$$$

$$\ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} = \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x^{2} + 1\right)}}}\right| \right)}}{2}$$

因此,

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

加上積分常數:

$$\int{\frac{1}{x^{3} + x} d x} = - \frac{\ln{\left(x^{2} + 1 \right)}}{2} + \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}+C$$

答案

$$$\int \frac{1}{x^{3} + x}\, dx = \left(- \frac{\ln\left(x^{2} + 1\right)}{2} + \ln\left(\left|{x}\right|\right)\right) + C$$$A