微积分学示例

$\int_{0}^{1} \frac{x - 6}{x^{2} - 6 x + 8} d x$

解题步骤 1

用部分分式分解写出分数。

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解题步骤 1.1

分解分数并乘以公分母。

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解题步骤 1.1.1

使用 AC 法来对 $x^{2} - 6 x + 8$ 进行因式分解。

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解题步骤 1.1.1.1

思考一下 $x^{2} + b x + c$ 这种形式。找出一对整数，其积为 $c$ ，且和为 $b$ 。在本例中，其积即为 $8$ ，和为 $- 6$ 。

$- 4, - 2$

解题步骤 1.1.1.2

使用这些整数书写分数形式。

$\frac{x - 6}{(x - 4) (x - 2)}$

解题步骤 1.1.2

对于分母中的每一个因式，使用该因式为分母、未知值为分子来创建一个新的分数。由于分母中的因式是线性的，在它的位置 $A$ 上放置单个变量。

$\frac{A}{x - 4}$

解题步骤 1.1.3

对于分母中的每一个因式，使用该因式为分母、未知值为分子来创建一个新的分数。由于分母中的因式是线性的，在它的位置 $B$ 上放置单个变量。

$\frac{A}{x - 4} + \frac{B}{x - 2}$

解题步骤 1.1.4

将方程中的每个分数乘以原表达式中的分母。在本例中，分母为 $(x - 4) (x - 2)$ 。

$\frac{(x - 6) (x - 4) (x - 2)}{(x - 4) (x - 2)} = \frac{(A) (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.5

约去 $x - 4$ 的公因数。

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解题步骤 1.1.5.1

约去公因数。

$\frac{(x - 6) (x - 4) (x - 2)}{(x - 4) (x - 2)} = \frac{(A) (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.5.2

重写表达式。

$\frac{(x - 6) (x - 2)}{x - 2} = \frac{(A) (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.6

约去 $x - 2$ 的公因数。

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解题步骤 1.1.6.1

约去公因数。

$\frac{(x - 6) (x - 2)}{x - 2} = \frac{(A) (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.6.2

用 $x - 6$ 除以 $1$ 。

$x - 6 = \frac{(A) (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7

化简每一项。

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解题步骤 1.1.7.1

约去 $x - 4$ 的公因数。

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解题步骤 1.1.7.1.1

约去公因数。

$x - 6 = \frac{A (x - 4) (x - 2)}{x - 4} + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7.1.2

用 $(A) (x - 2)$ 除以 $1$ 。

$x - 6 = (A) (x - 2) + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7.2

运用分配律。

$x - 6 = A x + A \cdot - 2 + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7.3

将 $- 2$ 移到 $A$ 的左侧。

$x - 6 = A x - 2 \cdot A + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7.4

约去 $x - 2$ 的公因数。

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解题步骤 1.1.7.4.1

约去公因数。

$x - 6 = A x - 2 A + \frac{(B) (x - 4) (x - 2)}{x - 2}$

解题步骤 1.1.7.4.2

用 $(B) (x - 4)$ 除以 $1$ 。

$x - 6 = A x - 2 A + (B) (x - 4)$

解题步骤 1.1.7.5

运用分配律。

$x - 6 = A x - 2 A + B x + B \cdot - 4$

解题步骤 1.1.7.6

将 $- 4$ 移到 $B$ 的左侧。

$x - 6 = A x - 2 A + B x - 4 B$

解题步骤 1.1.8

移动 $- 2 A$ 。

$x - 6 = A x + B x - 2 A - 4 B$

解题步骤 1.2

为部分分式变量创建方程, 并使用它们建立方程组。

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解题步骤 1.2.1

使方程两边 $x$ 的系数相等，从而为部分分式变量创建一个等式。要使等式成立，等式两边的相应系数必须相等。

$1 = A + B$

解题步骤 1.2.2

使方程两边不含 $x$ 的各项系数相等，从而为部分分式变量创建一个等式。要使等式成立，等式两边的相应系数必须相等。

$- 6 = - 2 A - 4 B$

解题步骤 1.2.3

建立方程组以求部分分式的系数。

$1 = A + B$

$- 6 = - 2 A - 4 B$

$1 = A + B$

$- 6 = - 2 A - 4 B$

解题步骤 1.3

求解方程组。

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解题步骤 1.3.1

在 $1 = A + B$ 中求解 $A$ 。

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解题步骤 1.3.1.1

将方程重写为 $A + B = 1$ 。

$A + B = 1$

$- 6 = - 2 A - 4 B$

解题步骤 1.3.1.2

从等式两边同时减去 $B$ 。

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 A - 4 B$

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 A - 4 B$

解题步骤 1.3.2

将每个方程中所有出现的 $A$ 替换成 $1 - B$ 。

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解题步骤 1.3.2.1

使用 $1 - B$ 替换 $- 6 = - 2 A - 4 B$ 中所有出现的 $A$ .

$- 6 = - 2 (1 - B) - 4 B$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.2.2

化简右边。

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解题步骤 1.3.2.2.1

化简 $- 2 (1 - B) - 4 B$ 。

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解题步骤 1.3.2.2.1.1

化简每一项。

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解题步骤 1.3.2.2.1.1.1

运用分配律。

$- 6 = - 2 \cdot 1 - 2 (- B) - 4 B$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.2.2.1.1.2

将 $- 2$ 乘以 $1$ 。

$- 6 = - 2 - 2 (- B) - 4 B$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.2.2.1.1.3

将 $- 1$ 乘以 $- 2$ 。

$- 6 = - 2 + 2 B - 4 B$

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 + 2 B - 4 B$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.2.2.1.2

从 $2 B$ 中减去 $4 B$ 。

$- 6 = - 2 - 2 B$

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 - 2 B$

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 - 2 B$

$A = 1 - B$

$- 6 = - 2 - 2 B$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3

在 $- 6 = - 2 - 2 B$ 中求解 $B$ 。

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解题步骤 1.3.3.1

将方程重写为 $- 2 - 2 B = - 6$ 。

$- 2 - 2 B = - 6$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.2

将所有不包含 $B$ 的项移到等式右边。

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解题步骤 1.3.3.2.1

在等式两边都加上 $2$ 。

$- 2 B = - 6 + 2$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.2.2

将 $- 6$ 和 $2$ 相加。

$- 2 B = - 4$

$A = 1 - B$

$- 2 B = - 4$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.3

将 $- 2 B = - 4$ 中的每一项除以 $- 2$ 并化简。

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解题步骤 1.3.3.3.1

将 $- 2 B = - 4$ 中的每一项都除以 $- 2$ 。

$\frac{- 2 B}{- 2} = \frac{- 4}{- 2}$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.3.2

化简左边。

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解题步骤 1.3.3.3.2.1

约去 $- 2$ 的公因数。

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解题步骤 1.3.3.3.2.1.1

约去公因数。

$\frac{- 2 B}{- 2} = \frac{- 4}{- 2}$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.3.2.1.2

用 $B$ 除以 $1$ 。

$B = \frac{- 4}{- 2}$

$A = 1 - B$

$B = \frac{- 4}{- 2}$

$A = 1 - B$

$B = \frac{- 4}{- 2}$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.3.3.3

化简右边。

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解题步骤 1.3.3.3.3.1

用 $- 4$ 除以 $- 2$ 。

$B = 2$

$A = 1 - B$

$B = 2$

$A = 1 - B$

$B = 2$

$A = 1 - B$

$B = 2$

$A = 1 - B$

解题步骤 1.3.4

将每个方程中所有出现的 $B$ 替换成 $2$ 。

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解题步骤 1.3.4.1

使用 $2$ 替换 $A = 1 - B$ 中所有出现的 $B$ .

$A = 1 - (2)$

$B = 2$

解题步骤 1.3.4.2

化简右边。

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解题步骤 1.3.4.2.1

化简 $1 - (2)$ 。

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解题步骤 1.3.4.2.1.1

将 $- 1$ 乘以 $2$ 。

$A = 1 - 2$

$B = 2$

解题步骤 1.3.4.2.1.2

从 $1$ 中减去 $2$ 。

$A = - 1$

$B = 2$

$A = - 1$

$B = 2$

$A = - 1$

$B = 2$

$A = - 1$

$B = 2$

解题步骤 1.3.5

列出所有解。

$A = - 1, B = 2$

解题步骤 1.4

将 $\frac{A}{x - 4} + \frac{B}{x - 2}$ 中的每个部分分式的系数替换为求得的 $A$ 和 $B$ 的值。

$\frac{- 1}{x - 4} + \frac{2}{x - 2}$

解题步骤 1.5

将负号移到分数的前面。

$\int_{0}^{1} - \frac{1}{x - 4} + \frac{2}{x - 2} d x$

解题步骤 2

将单个积分拆分为多个积分。

$\int_{0}^{1} - \frac{1}{x - 4} d x + \int_{0}^{1} \frac{2}{x - 2} d x$

解题步骤 3

由于 $- 1$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $- 1$ 移到积分外。

$- \int_{0}^{1} \frac{1}{x - 4} d x + \int_{0}^{1} \frac{2}{x - 2} d x$

解题步骤 4

使 $u_{1} = x - 4$ 。然后使 $d u_{1} = d x$ 。使用 $u_{1}$ 和 $d$ $u_{1}$ 进行重写。

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解题步骤 4.1

设 $u_{1} = x - 4$ 。求 $\frac{d u_{1}}{d x}$ 。

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解题步骤 4.1.1

对 $x - 4$ 求导。

$\frac{d}{d x} [x - 4]$

解题步骤 4.1.2

根据加法法则， $x - 4$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 4]$ 。

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 4]$

解题步骤 4.1.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$1 + \frac{d}{d x} [- 4]$

解题步骤 4.1.4

因为 $- 4$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 4$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$1 + 0$

解题步骤 4.1.5

将 $1$ 和 $0$ 相加。

$1$

解题步骤 4.2

将下限代入替换 $u_{1} = x - 4$ 中的 $x$ 。

$u_{lower} = 0 - 4$

解题步骤 4.3

从 $0$ 中减去 $4$ 。

$u_{lower} = - 4$

解题步骤 4.4

将上限代入替换 $u_{1} = x - 4$ 中的 $x$ 。

$u_{upper} = 1 - 4$

解题步骤 4.5

从 $1$ 中减去 $4$ 。

$u_{upper} = - 3$

解题步骤 4.6

求得的 $u_{lower}$ 和 $u_{upper}$ 的值将用来计算定积分。

$u_{lower} = - 4$

$u_{upper} = - 3$

解题步骤 4.7

使用 $u_{1}$ 、 $d u_{1}$ 以及积分的新极限重写该问题。

$- \int_{- 4}^{- 3} \frac{1}{u_{1}} d u_{1} + \int_{0}^{1} \frac{2}{x - 2} d x$

解题步骤 5

$\frac{1}{u_{1}}$ 对 $u_{1}$ 的积分为 $\ln (| u_{1} |)$ 。

$- (\ln (| u_{1} |)]_{- 4}^{- 3}) + \int_{0}^{1} \frac{2}{x - 2} d x$

解题步骤 6

由于 $2$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $2$ 移到积分外。

$- (\ln (| u_{1} |)]_{- 4}^{- 3}) + 2 \int_{0}^{1} \frac{1}{x - 2} d x$

解题步骤 7

使 $u_{2} = x - 2$ 。然后使 $d u_{2} = d x$ 。使用 $u_{2}$ 和 $d$ $u_{2}$ 进行重写。

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解题步骤 7.1

设 $u_{2} = x - 2$ 。求 $\frac{d u_{2}}{d x}$ 。

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解题步骤 7.1.1

对 $x - 2$ 求导。

$\frac{d}{d x} [x - 2]$

解题步骤 7.1.2

根据加法法则， $x - 2$ 对 $x$ 的导数是 $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$ 。

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

解题步骤 7.1.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$1 + \frac{d}{d x} [- 2]$

解题步骤 7.1.4

因为 $- 2$ 对于 $x$ 是常数，所以 $- 2$ 对 $x$ 的导数为 $0$ 。

$1 + 0$

解题步骤 7.1.5

将 $1$ 和 $0$ 相加。

$1$

解题步骤 7.2

将下限代入替换 $u_{2} = x - 2$ 中的 $x$ 。

$u_{lower} = 0 - 2$

解题步骤 7.3

从 $0$ 中减去 $2$ 。

$u_{lower} = - 2$

解题步骤 7.4

将上限代入替换 $u_{2} = x - 2$ 中的 $x$ 。

$u_{upper} = 1 - 2$

解题步骤 7.5

从 $1$ 中减去 $2$ 。

$u_{upper} = - 1$

解题步骤 7.6

求得的 $u_{lower}$ 和 $u_{upper}$ 的值将用来计算定积分。

$u_{lower} = - 2$

$u_{upper} = - 1$

解题步骤 7.7

使用 $u_{2}$ 、 $d u_{2}$ 以及积分的新极限重写该问题。

$- (\ln (| u_{1} |)]_{- 4}^{- 3}) + 2 \int_{- 2}^{- 1} \frac{1}{u_{2}} d u_{2}$

解题步骤 8

$\frac{1}{u_{2}}$ 对 $u_{2}$ 的积分为 $\ln (| u_{2} |)$ 。

$- (\ln (| u_{1} |)]_{- 4}^{- 3}) + 2 (\ln (| u_{2} |)]_{- 2}^{- 1})$

解题步骤 9

代入并化简。

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解题步骤 9.1

计算 $\ln (| u_{1} |)$ 在 $- 3$ 处和在 $- 4$ 处的值。

$- ((\ln (| - 3 |)) - \ln (| - 4 |)) + 2 (\ln (| u_{2} |)]_{- 2}^{- 1})$

解题步骤 9.2

计算 $\ln (| u_{2} |)$ 在 $- 1$ 处和在 $- 2$ 处的值。

$- ((\ln (| - 3 |)) - \ln (| - 4 |)) + 2 ((\ln (| - 1 |)) - \ln (| - 2 |))$

解题步骤 9.3

去掉圆括号。

$- (\ln (| - 3 |) - \ln (| - 4 |)) + 2 (\ln (| - 1 |) - \ln (| - 2 |))$

解题步骤 10

化简。

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解题步骤 10.1

使用对数的商数性质，即 $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ 。

$- \ln (\frac{| - 3 |}{| - 4 |}) + 2 (\ln (| - 1 |) - \ln (| - 2 |))$

解题步骤 10.2

使用对数的商数性质，即 $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ 。

$- \ln (\frac{| - 3 |}{| - 4 |}) + 2 \ln (\frac{| - 1 |}{| - 2 |})$

解题步骤 11

化简。

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解题步骤 11.1

绝对值就是一个数和零之间的距离。 $- 3$ 和 $0$ 之间的距离为 $3$ 。

$- \ln (\frac{3}{| - 4 |}) + 2 \ln (\frac{| - 1 |}{| - 2 |})$

解题步骤 11.2

绝对值就是一个数和零之间的距离。 $- 4$ 和 $0$ 之间的距离为 $4$ 。

$- \ln (\frac{3}{4}) + 2 \ln (\frac{| - 1 |}{| - 2 |})$

解题步骤 11.3

绝对值就是一个数和零之间的距离。 $- 1$ 和 $0$ 之间的距离为 $1$ 。

$- \ln (\frac{3}{4}) + 2 \ln (\frac{1}{| - 2 |})$

解题步骤 11.4

绝对值就是一个数和零之间的距离。 $- 2$ 和 $0$ 之间的距离为 $2$ 。

$- \ln (\frac{3}{4}) + 2 \ln (\frac{1}{2})$

解题步骤 12

结果可以多种形式表示。

恰当形式：

$- \ln (\frac{3}{4}) + 2 \ln (\frac{1}{2})$

小数形式：

$- 1.09861228 \dots$

解题步骤 13

微积分学 示例

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