积分∫x√(1+4x^2)dx的求解过程
求解不定积分∫x√(1+4x^2)dx,关键在于识别被积函数的结构并选择合适的积分方法。观察被积函数x√(1+4x^2),其核心部分为根号下的二次式1+4x^2,而外部恰好有一个x的因子。这种“复合函数与其导数(或导数线性部分)乘积”的形式,强烈提示我们使用第一类换元积分法(即凑微分法)。具体而言,我们注意到根号内表达式1+4x^2的导数为8x,这与外部的x因子仅相差一个常数倍数。因此,我们可以通过调整常数,将积分转化为对幂函数或基本积分公式的形式进行求解。
具体计算步骤与结果
首先,进行凑微分处理:令u = 1+4x^2,则微分du = 8x dx,即x dx = (1/8) du。将原积分中的x√(1+4x^2)dx改写为√(1+4x^2) * (x dx),代入换元式,得到∫√u * (1/8) du = (1/8) ∫ u^(1/2) du。这是一个简单的幂函数积分,应用公式∫ u^n du = u^(n+1)/(n+1) + C (n ≠ -1),可得(1/8) * [ u^(3/2) / (3/2) ] + C = (1/8) * (2/3) u^(3/2) + C = (1/12) u^(3/2) + C。最后,将u = 1+4x^2代回,得到最终结果:(1/12) (1+4x^2)^(3/2) + C,其中C为积分常数。
综上所述,积分∫x√(1+4x^2)dx的值为(1/12) (1+4x^2)^(3/2) + C。此求解过程清晰地展示了如何通过观察被积函数特征,灵活运用换元积分法,将复杂积分转化为基本积分公式,从而高效、准确地得到结果。掌握这种识别模式并熟练进行凑微分的技巧,是解决一类根式积分问题的关键。
