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换元 x=1+eux = 1 + e^u 如何简化被积函数 eue^u sqrt(1+eu1+e^u)?

换元 x=1+eux = 1 + e^u 简化了被积函数,因为其导数 dx=eududx = e^u du 与原积分中的 eudue^u du 项完全匹配。这使得复杂的表达式 eu1+eudue^u \sqrt{1+e^u} du 可以重写为更简单的根式 xdx\sqrt{x} dx。

适用条件

  • 被积函数包含 eu1+eue^u \sqrt{1+e^u}。
  • 换元为 x=1+eux = 1 + e^u。
  • 微分为 dx=eududx = e^u du。

理解与推导

  1. 识别平方根内的内部函数 1+eu1 + e^u。
  2. 令 x=1+eux = 1 + e^u。
  3. 对 xx 关于 uu 求导,得到 dx/du=eudx/du = e^u。
  4. 解出 dxdx,得到 dx=eududx = e^u du。
  5. 在平方根中将 1+eu1 + e^u 替换为 xx。
  6. 在积分中将 eudue^u du 替换为 dxdx。
  7. 观察到被积函数从 eu1+eue^u \sqrt{1+e^u} 简化为 x\sqrt{x}。
  8. 使用幂法则积分 x\sqrt{x}。

例子

脚本指出:“令 x=1+ex=1+eᵘ。其导数正好提供了 eᵘ 因子,所以 dx=edx=eᵘdu。”这将积分转换为 ∫xdx\int \sqrt{x} dx。

容易误解的地方

  • 选择不匹配微分项的换元。
  • 忘记 eudue^u du 是微分 dxdx 的一部分。
  • 试图在不换元的情况下直接积分 1+eu\sqrt{1+e^u}。

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