Математический анализ Примеры

$\int \ln (x^{2} + 16) d x$

Этап 1

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = \ln (x^{2} + 16)$ и $d v = 1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - \int x \frac{2 x}{x^{2} + 16} d x$

Этап 2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Объединим $x$ и $\frac{2 x}{x^{2} + 16}$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - \int \frac{x (2 x)}{x^{2} + 16} d x$

Этап 2.2

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - \int \frac{2 (x^{1} x)}{x^{2} + 16} d x$

Этап 2.3

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - \int \frac{2 (x^{1} x^{1})}{x^{2} + 16} d x$

Этап 2.4

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\ln (x^{2} + 16) x - \int \frac{2 x^{1 + 1}}{x^{2} + 16} d x$

Этап 2.5

Добавим $1$ и $1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - \int \frac{2 x^{2}}{x^{2} + 16} d x$

Этап 3

Поскольку $2$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $2$ из-под знака интеграла.

$\ln (x^{2} + 16) x - (2 \int \frac{x^{2}}{x^{2} + 16} d x)$

Этап 4

Умножим $2$ на $- 1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 \int \frac{x^{2}}{x^{2} + 16} d x$

Этап 5

Разделим $x^{2}$ на $x^{2} + 16$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Подготовим многочлены к делению. Если слагаемые представляют не все экспоненты, добавим отсутствующий член со значением $0$ .

$x^{2}$

$0 x$

$16$

$x^{2}$

$0 x$

$0$

Этап 5.2

Разделим член с максимальной степенью в делимом $x^{2}$ на член с максимальной степенью в делителе $x^{2}$ .

							$1$
	$x^{2}$	+	$0 x$	+	$16$		$x^{2}$	+	$0 x$	+	$0$

Этап 5.3

Умножим новое частное на делитель.

						$1$
$x^{2}$	+	$0 x$	+	$16$		$x^{2}$	+	$0 x$	+	$0$
					+	$x^{2}$	+	$0$	+	$16$

Этап 5.4

Выражение необходимо вычесть из делимого, поэтому изменим все знаки в $x^{2} + 0 + 16$ .

						$1$
$x^{2}$	+	$0 x$	+	$16$		$x^{2}$	+	$0 x$	+	$0$
					-	$x^{2}$	-	$0$	-	$16$

Этап 5.5

После изменения знаков добавим последнее делимое из умноженного многочлена, чтобы найти новое делимое.

						$1$
$x^{2}$	+	$0 x$	+	$16$		$x^{2}$	+	$0 x$	+	$0$
					-	$x^{2}$	-	$0$	-	$16$
									-	$16$

Этап 5.6

Окончательный ответ: неполное частное плюс остаток, деленный на делитель.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 \int 1 - \frac{16}{x^{2} + 16} d x$

Этап 6

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (\int d x + \int - \frac{16}{x^{2} + 16} d x)$

Этап 7

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C + \int - \frac{16}{x^{2} + 16} d x)$

Этап 8

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

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - \int \frac{16}{x^{2} + 16} d x)$

Этап 9

Поскольку $16$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $16$ из-под знака интеграла.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - (16 \int \frac{1}{x^{2} + 16} d x))$

Этап 10

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

Умножим $16$ на $- 1$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - 16 \int \frac{1}{x^{2} + 16} d x)$

Этап 10.2

Изменим порядок $x^{2}$ и $16$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - 16 \int \frac{1}{16 + x^{2}} d x)$

Этап 10.3

Перепишем $16$ в виде $4^{2}$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - 16 \int \frac{1}{4^{2} + x^{2}} d x)$

Этап 11

Интеграл $\frac{1}{4^{2} + x^{2}}$ по $x$ имеет вид $\frac{1}{4} \arctan (\frac{x}{4}) + C$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - 16 (\frac{1}{4} \arctan (\frac{x}{4}) + C))$

Этап 12

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1

Объединим $\frac{1}{4}$ и $\arctan (\frac{x}{4})$ .

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x + C - 16 (\frac{\arctan (\frac{x}{4})}{4} + C))$

Этап 12.2

Упростим.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x - 4 \arctan (\frac{x}{4})) + C$

Этап 12.3

Изменим порядок членов.

$\ln (x^{2} + 16) x - 2 (x - 4 \arctan (\frac{1}{4} x)) + C$