Giải tích Ví dụ

$x^{3} \sqrt{x^{2} + 9}$

Bước 1

Viết $x^{3} \sqrt{x^{2} + 9}$ ở dạng một hàm số.

$f (x) = x^{3} \sqrt{x^{2} + 9}$

Bước 2

Có thể tìm hàm số $F (x)$ bằng cách tìm tích phân bất định của đạo hàm $f (x)$ .

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

Bước 3

Lập tích phân để giải.

$F (x) = \int x^{3} \sqrt{x^{2} + 9} d x$

Bước 4

Giả sử $x = 3 \tan (t)$ , trong đó $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ . Sau đó $d x = 3 \sec^{2} (t) d t$ . Lưu ý rằng vì $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ , nên $3 \sec^{2} (t)$ dương.

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{{(3 \tan (t))}^{2} + 9} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5

Rút gọn các số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.1

Rút gọn $\sqrt{{(3 \tan (t))}^{2} + 9}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.1.1

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.1.1.1

Áp dụng quy tắc tích số cho $3 \tan (t)$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{3^{2} \tan^{2} (t) + 9} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.1.2

Nâng $3$ lên lũy thừa $2$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{9 \tan^{2} (t) + 9} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.2

Đưa $9$ ra ngoài $9 \tan^{2} (t) + 9$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.1.2.1

Đưa $9$ ra ngoài $9 \tan^{2} (t)$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{9 (\tan^{2} (t)) + 9} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.2.2

Đưa $9$ ra ngoài $9$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{9 (\tan^{2} (t)) + 9 (1)} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.2.3

Đưa $9$ ra ngoài $9 (\tan^{2} (t)) + 9 (1)$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{9 (\tan^{2} (t) + 1)} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.3

Áp dụng đẳng thức pytago.

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{9 \sec^{2} (t)} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.4

Viết lại $9 \sec^{2} (t)$ ở dạng ${(3 \sec (t))}^{2}$ .

$\int {(3 \tan (t))}^{3} \sqrt{{(3 \sec (t))}^{2}} (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.1.5

Đưa các số hạng dưới dấu căn ra ngoài, giả sử đó là các số thực dương.

$\int {(3 \tan (t))}^{3} (3 \sec (t)) (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.2

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.2.1

Đưa $3$ ra ngoài $3 \tan (t)$ .

$\int {(3 (\tan (t)))}^{3} (3 \sec (t)) (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.2.2

Áp dụng quy tắc tích số cho $3 (\tan (t))$ .

$\int 3^{3} \tan^{3} (t) (3 \sec (t)) (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.2.3

Nâng $3$ lên lũy thừa $3$ .

$\int 27 \tan^{3} (t) (3 \sec (t)) (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.2.4

Nhân $3$ với $27$ .

$\int 81 \tan^{3} (t) \sec (t) (3 \sec^{2} (t)) d t$

Bước 5.2.5

Nhân $3$ với $81$ .

$\int 243 \tan^{3} (t) \sec (t) \sec^{2} (t) d t$

Bước 5.2.6

Nhân $\sec (t)$ với $\sec^{2} (t)$ bằng cách cộng các số mũ.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.2.6.1

Di chuyển $\sec^{2} (t)$ .

$\int 243 \tan^{3} (t) (\sec^{2} (t) \sec (t)) d t$

Bước 5.2.6.2

Nhân $\sec^{2} (t)$ với $\sec (t)$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 5.2.6.2.1

Nâng $\sec (t)$ lên lũy thừa $1$ .

$\int 243 \tan^{3} (t) (\sec^{2} (t) \sec^{1} (t)) d t$

Bước 5.2.6.2.2

Sử dụng quy tắc lũy thừa $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ để kết hợp các số mũ.

$\int 243 \tan^{3} (t) {\sec (t)}^{2 + 1} d t$

Bước 5.2.6.3

Cộng $2$ và $1$ .

$\int 243 \tan^{3} (t) \sec^{3} (t) d t$

Bước 6

Vì $243$ không đổi đối với $t$ , hãy di chuyển $243$ ra khỏi tích phân.

$243 \int \tan^{3} (t) \sec^{3} (t) d t$

Bước 7

Đưa $\tan^{2} (t)$ ra ngoài.

$243 \int \tan^{2} (t) \tan (t) \sec^{3} (t) d t$

Bước 8

Sử dụng đẳng thức Pytago, viết lại $\tan^{2} (t)$ ở dạng $- 1 + \sec^{2} (t)$ .

$243 \int (- 1 + \sec^{2} (t)) \tan (t) \sec^{3} (t) d t$

Bước 9

Giả sử $u = \sec (t)$ . Sau đó $d u = \sec (t) \tan (t) d t$ , nên $\frac{1}{\sec (t) \tan (t)} d u = d t$ . Viết lại bằng $u$ và $d$ $u$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 9.1

Hãy đặt $u = \sec (t)$ . Tìm $\frac{d u}{d t}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 9.1.1

Tính đạo hàm $\sec (t)$ .

$\frac{d}{d t} [\sec (t)]$

Bước 9.1.2

Đạo hàm của $\sec (t)$ đối với $t$ là $\sec (t) \tan (t)$ .

$\sec (t) \tan (t)$

Bước 9.2

Viết lại bài tập bằng cách dùng $u$ và $d u$ .

$243 \int (- 1 + u^{2}) u^{2} d u$

Bước 10

Nhân $(- 1 + u^{2}) u^{2}$ .

$243 \int - 1 u^{2} + u^{2} u^{2} d u$

Bước 11

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 11.1

Viết lại $- 1 u^{2}$ ở dạng $- u^{2}$ .

$243 \int - u^{2} + u^{2} u^{2} d u$

Bước 11.2

Nhân $u^{2}$ với $u^{2}$ bằng cách cộng các số mũ.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 11.2.1

Sử dụng quy tắc lũy thừa $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ để kết hợp các số mũ.

$243 \int - u^{2} + u^{2 + 2} d u$

Bước 11.2.2

Cộng $2$ và $2$ .

$243 \int - u^{2} + u^{4} d u$

Bước 12

Chia tích phân đơn thành nhiều tích phân.

$243 (\int - u^{2} d u + \int u^{4} d u)$

Bước 13

Vì $- 1$ không đổi đối với $u$ , hãy di chuyển $- 1$ ra khỏi tích phân.

$243 (- \int u^{2} d u + \int u^{4} d u)$

Bước 14

Theo Quy tắc lũy thừa, tích phân của $u^{2}$ đối với $u$ là $\frac{1}{3} u^{3}$ .

$243 (- (\frac{1}{3} u^{3} + C) + \int u^{4} d u)$

Bước 15

Theo Quy tắc lũy thừa, tích phân của $u^{4}$ đối với $u$ là $\frac{1}{5} u^{5}$ .

$243 (- (\frac{1}{3} u^{3} + C) + \frac{1}{5} u^{5} + C)$

Bước 16

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 16.1

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 16.1.1

Kết hợp $\frac{1}{3}$ và $u^{3}$ .

$243 (- (\frac{u^{3}}{3} + C) + \frac{1}{5} u^{5} + C)$

Bước 16.1.2

Kết hợp $\frac{1}{5}$ và $u^{5}$ .

$243 (- (\frac{u^{3}}{3} + C) + \frac{u^{5}}{5} + C)$

Bước 16.2

Rút gọn.

$243 (- \frac{1}{3} u^{3} + \frac{1}{5} u^{5}) + C$

Bước 17

Thay trở lại cho mỗi biến thay thế tích phân.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 17.1

Thay thế tất cả các lần xuất hiện của $u$ với $\sec (t)$ .

$243 (- \frac{1}{3} \sec^{3} (t) + \frac{1}{5} \sec^{5} (t)) + C$

Bước 17.2

Thay thế tất cả các lần xuất hiện của $t$ với $\arctan (\frac{x}{3})$ .

$243 (- \frac{1}{3} \sec^{3} (\arctan (\frac{x}{3})) + \frac{1}{5} \sec^{5} (\arctan (\frac{x}{3}))) + C$

Bước 18

Sắp xếp lại các số hạng.

$243 (- \frac{1}{3} \sec^{3} (\arctan (\frac{1}{3} x)) + \frac{1}{5} \sec^{5} (\arctan (\frac{1}{3} x))) + C$

Bước 19

Câu trả lời là nguyên hàm của hàm số $f (x) = x^{3} \sqrt{x^{2} + 9}$ .

$F (x) =$ $243 (- \frac{1}{3} \sec^{3} (\arctan (\frac{1}{3} x)) + \frac{1}{5} \sec^{5} (\arctan (\frac{1}{3} x))) + C$