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为什么 1+eu1 + e^u 的导数适合用于此积分的换元?

1+eu1 + e^u 的导数是 eue^u,它作为因子出现在被积函数 eu1+eue^u \sqrt{1+e^u} 中。这使得整个项 eudue^u du 可以被 dxdx 替换,从而将积分简化为 ∫xdx\int \sqrt{x} dx。该换元是合适的,因为微分与被积函数的剩余部分完美匹配。

适用条件

  • 被积函数是 eu1+eue^u \sqrt{1+e^u}。
  • 换元为 x=1+eux = 1 + e^u。
  • 导数 dx/du=eudx/du = e^u 存在于被积函数中。

理解与推导

  1. 识别被积函数的复合部分:1+eu\sqrt{1+e^u}。
  2. 选择内部函数进行换元:x=1+eux = 1 + e^u。
  3. 对 xx 关于 uu 求导:dx=eududx = e^u du。
  4. 观察到 eudue^u du 正是被积函数中剩余的因子。
  5. 得出结论:该换元消除了复杂的内部函数及其导数,留下了一个简单的幂函数。
  6. 执行换元得到 ∫xdx\int \sqrt{x} dx。

例子

脚本指出:“其导数正好提供了 eᵘ 因子,所以 dx=edx=eᵘdu。” 这证实了换元的合适性。

容易误解的地方

  • 选择导数不存在于被积函数中的换元。
  • 忘记导数必须与微分项完全匹配。
  • 认为被积函数的任何部分都可以换元,而不检查微分。

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