Математический анализ Примеры

$\frac{1}{x (x - 3)}$

Этап 1

Запишем $\frac{1}{x (x - 3)}$ в виде функции.

$f (x) = \frac{1}{x (x - 3)}$

Этап 2

Чтобы найти функцию $F (x)$ , найдем неопределенный интеграл производной $f (x)$ .

$F (x) = \int f (x) d x$

Этап 3

Составим интеграл, чтобы решить его.

$F (x) = \int \frac{1}{x (x - 3)} d x$

Этап 4

Запишем дробь, используя разложение на элементарные дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Разложим дробь и умножим на общий знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.1

Для каждого множителя в знаменателе создадим новую дробь, используя множитель в качестве знаменателя, а неизвестное значение — в качестве числителя. Поскольку множитель в знаменателе линейный, поместим одну переменную на его место $B$ .

$\frac{A}{x} + \frac{B}{x - 3}$

Этап 4.1.2

Умножим каждую дробь в уравнении на знаменатель исходного выражения. В этом случае знаменатель равен $x (x - 3)$ .

$\frac{1 (x (x - 3))}{x (x - 3)} = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.3

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.3.1

Сократим общий множитель.

$\frac{1 (x (x - 3))}{x (x - 3)} = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.3.2

Перепишем это выражение.

$\frac{1 (x - 3)}{x - 3} = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.4

Сократим общий множитель $x - 3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.4.1

Сократим общий множитель.

$\frac{1 (x - 3)}{x - 3} = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.4.2

Перепишем это выражение.

$1 = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.5.1

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.5.1.1

Сократим общий множитель.

$1 = \frac{A (x (x - 3))}{x} + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5.1.2

Разделим $A (x - 3)$ на $1$ .

$1 = A (x - 3) + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5.2

Применим свойство дистрибутивности.

$1 = A x + A \cdot - 3 + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5.3

Перенесем $- 3$ влево от $A$ .

$1 = A x - 3 \cdot A + \frac{(B) (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5.4

Сократим общий множитель $x - 3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1.5.4.1

Сократим общий множитель.

$1 = A x - 3 A + \frac{B (x (x - 3))}{x - 3}$

Этап 4.1.5.4.2

Разделим $(B) (x)$ на $1$ .

$1 = A x - 3 A + (B) (x)$

$1 = A x - 3 A + B x$

Этап 4.1.6

Перенесем $- 3 A$ .

$1 = A x + B x - 3 A$

Этап 4.2

Составим уравнения для переменных элементарной дроби и используем их для создания системы уравнений.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.2.1

Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты $x$ из каждой части уравнения. Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.

$0 = A + B$

Этап 4.2.2

Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты членов, не содержащих $x$ . Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.

$1 = - 3 A$

Этап 4.2.3

Составим систему уравнений, чтобы найти коэффициенты элементарных дробей.

$0 = A + B$

$1 = - 3 A$

$0 = A + B$

$1 = - 3 A$

Этап 4.3

Решим систему уравнений.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1

Решим относительно $A$ в $1 = - 3 A$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1.1

Перепишем уравнение в виде $- 3 A = 1$ .

$- 3 A = 1$

$0 = A + B$

Этап 4.3.1.2

Разделим каждый член $- 3 A = 1$ на $- 3$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1.2.1

Разделим каждый член $- 3 A = 1$ на $- 3$ .

$\frac{- 3 A}{- 3} = \frac{1}{- 3}$

$0 = A + B$

Этап 4.3.1.2.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1.2.2.1

Сократим общий множитель $- 3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1.2.2.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{- 3 A}{- 3} = \frac{1}{- 3}$

$0 = A + B$

Этап 4.3.1.2.2.1.2

Разделим $A$ на $1$ .

$A = \frac{1}{- 3}$

$0 = A + B$

$A = \frac{1}{- 3}$

$0 = A + B$

$A = \frac{1}{- 3}$

$0 = A + B$

Этап 4.3.1.2.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1.2.3.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = A + B$

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = A + B$

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = A + B$

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = A + B$

Этап 4.3.2

Заменим все вхождения $A$ на $- \frac{1}{3}$ во всех уравнениях.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1

Заменим все вхождения $A$ в $0 = A + B$ на $- \frac{1}{3}$ .

$0 = (- \frac{1}{3}) + B$

$A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.3.2.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.2.1

Избавимся от скобок.

$0 = - \frac{1}{3} + B$

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = - \frac{1}{3} + B$

$A = - \frac{1}{3}$

$0 = - \frac{1}{3} + B$

$A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.3.3

Решим относительно $B$ в $0 = - \frac{1}{3} + B$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.3.1

Перепишем уравнение в виде $- \frac{1}{3} + B = 0$ .

$- \frac{1}{3} + B = 0$

$A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.3.3.2

Добавим $\frac{1}{3}$ к обеим частям уравнения.

$B = \frac{1}{3}$

$A = - \frac{1}{3}$

$B = \frac{1}{3}$

$A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.3.4

Решим систему уравнений.

$B = \frac{1}{3} A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.3.5

Перечислим все решения.

$B = \frac{1}{3}, A = - \frac{1}{3}$

Этап 4.4

Заменим каждый коэффициент элементарной дроби в $\frac{A}{x} + \frac{B}{x - 3}$ значениями, найденными для $A$ и $B$ .

$- \frac{\frac{1}{3}}{x} + \frac{\frac{1}{3}}{x - 3}$

Этап 4.5

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.5.1

Умножим числитель на величину, обратную знаменателю.

$- \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{x} + \frac{\frac{1}{3}}{x - 3}$

Этап 4.5.2

Умножим $\frac{1}{x}$ на $\frac{1}{3}$ .

$- \frac{1}{x \cdot 3} + \frac{\frac{1}{3}}{x - 3}$

Этап 4.5.3

Перенесем $3$ влево от $x$ .

$- \frac{1}{3 x} + \frac{\frac{1}{3}}{x - 3}$

Этап 4.5.4

Умножим числитель на величину, обратную знаменателю.

$- \frac{1}{3 x} + \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{x - 3}$

Этап 4.5.5

Умножим $\frac{1}{3}$ на $\frac{1}{x - 3}$ .

$\int - \frac{1}{3 x} + \frac{1}{3 (x - 3)} d x$

Этап 5

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\int - \frac{1}{3 x} d x + \int \frac{1}{3 (x - 3)} d x$

Этап 6

Поскольку $- 1$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 1$ из-под знака интеграла.

$- \int \frac{1}{3 x} d x + \int \frac{1}{3 (x - 3)} d x$

Этап 7

Поскольку $\frac{1}{3}$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{3}$ из-под знака интеграла.

$- (\frac{1}{3} \int \frac{1}{x} d x) + \int \frac{1}{3 (x - 3)} d x$

Этап 8

Интеграл $\frac{1}{x}$ по $x$ имеет вид $\ln (| x |)$ .

$- \frac{1}{3} (\ln (| x |) + C) + \int \frac{1}{3 (x - 3)} d x$

Этап 9

Поскольку $\frac{1}{3}$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{3}$ из-под знака интеграла.

$- \frac{1}{3} (\ln (| x |) + C) + \frac{1}{3} \int \frac{1}{x - 3} d x$

Этап 10

Пусть $u = x - 3$ . Тогда $d u = d x$ . Перепишем, используя $u$ и $d$ $u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

Пусть $u = x - 3$ . Найдем $\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1.1

Дифференцируем $x - 3$ .

$\frac{d}{d x} [x - 3]$

Этап 10.1.2

По правилу суммы производная $x - 3$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 3]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 3]$

Этап 10.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$1 + \frac{d}{d x} [- 3]$

Этап 10.1.4

Поскольку $- 3$ является константой относительно $x$ , производная $- 3$ относительно $x$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 10.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 10.2

Переформулируем задачу с помощью $u$ и $d u$ .

$- \frac{1}{3} (\ln (| x |) + C) + \frac{1}{3} \int \frac{1}{u} d u$

Этап 11

Интеграл $\frac{1}{u}$ по $u$ имеет вид $\ln (| u |)$ .

$- \frac{1}{3} (\ln (| x |) + C) + \frac{1}{3} (\ln (| u |) + C)$

Этап 12

Упростим.

$- \frac{1}{3} \ln (| x |) + \frac{1}{3} \ln (| u |) + C$

Этап 13

Заменим все вхождения $u$ на $x - 3$ .

$- \frac{1}{3} \ln (| x |) + \frac{1}{3} \ln (| x - 3 |) + C$

Этап 14

Ответ ― первообразная функции $f (x) = \frac{1}{x (x - 3)}$ .

$F (x) =$ $- \frac{1}{3} \ln (| x |) + \frac{1}{3} \ln (| x - 3 |) + C$