微积分学示例

$\int \frac{x^{3} - 4 x^{2} + 7}{x - 4} d x$

解题步骤 1

用 $x^{3} - 4 x^{2} + 7$ 除以 $x - 4$ 。

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解题步骤 1.1

建立要用于相除的多项式。如果不是对于所有指数都有对应的项，则插入带 $0$ 值的项。

$x$

$4$

$x^{3}$

$4 x^{2}$

$0 x$

$7$

解题步骤 1.2

将被除数中的最高阶项 $x^{3}$ 除以除数中的最高阶项 $x$ 。

					$x^{2}$
	$x$	-	$4$		$x^{3}$	-	$4 x^{2}$	+	$0 x$	+	$7$

解题步骤 1.3

将新的商式项乘以除数。

				$x^{2}$
$x$	-	$4$		$x^{3}$	-	$4 x^{2}$	+	$0 x$	+	$7$
			+	$x^{3}$	-	$4 x^{2}$

解题步骤 1.4

因为要从被除数中减去该表达式，所以应改变 $x^{3} - 4 x^{2}$ 中的所有符号

				$x^{2}$
$x$	-	$4$		$x^{3}$	-	$4 x^{2}$	+	$0 x$	+	$7$
			-	$x^{3}$	+	$4 x^{2}$

解题步骤 1.5

改变符号后，将相乘所得的多项式和最后的被除数相加，得到新的被除数。

				$x^{2}$
$x$	-	$4$		$x^{3}$	-	$4 x^{2}$	+	$0 x$	+	$7$
			-	$x^{3}$	+	$4 x^{2}$
						$0$

解题步骤 1.6

从原来的被除数向下提取下一项到当前被除数中

				$x^{2}$
$x$	-	$4$		$x^{3}$	-	$4 x^{2}$	+	$0 x$	+	$7$
			-	$x^{3}$	+	$4 x^{2}$
						$0$	+	$0 x$	+	$7$

解题步骤 1.7

最终答案为商加上余数除以除数。

$\int x^{2} + \frac{7}{x - 4} d x$

解题步骤 2

将单个积分拆分为多个积分。

$\int x^{2} d x + \int \frac{7}{x - 4} d x$

解题步骤 3

根据幂法则， $x^{2}$ 对 $x$ 的积分是 $\frac{1}{3} x^{3}$ 。

$\frac{1}{3} x^{3} + C + \int \frac{7}{x - 4} d x$

解题步骤 4

由于 $7$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $7$ 移到积分外。

$\frac{1}{3} x^{3} + C + 7 \int \frac{1}{x - 4} d x$

解题步骤 5

使 $u = x - 4$ 。然后使 $d u = d x$ 。使用 $u$ 和 $d$ $u$ 进行重写。

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解题步骤 5.1

设 $u = x - 4$ 。求 $\frac{d u}{d x}$ 。

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解题步骤 5.1.1

对 $x - 4$ 求导。

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

解题步骤 5.1.2

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 5.1.3

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 5.1.4

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 5.1.5

将 $1$ 和 $0$ 相加。

$1$

解题步骤 5.2

使用 $u$ 和 $d u$ 重写该问题。

$\frac{1}{3} x^{3} + C + 7 \int \frac{1}{u} d u$

解题步骤 6

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

$\frac{1}{3} x^{3} + C + 7 (\ln (| u |) + C)$

解题步骤 7

化简。

$\frac{1}{3} x^{3} + 7 \ln (| u |) + C$

解题步骤 8

使用 $x - 4$ 替换所有出现的 $u$ 。

$\frac{1}{3} x^{3} + 7 \ln (| x - 4 |) + C$

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