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Ayudar a solucionar $\int {\frac{8x^4+15x^3+16x^2+22x+4}{x(x+1)^2(x^2+2)}dx}$

$\displaystyle\int {\frac{8x^4+15x^3+16x^2+22x+4}{x(x+1)^2(x^2+2)}\,\mathrm{d}x}$

He utilizado fracciones parciales, resolvió $A = 2, C = 3$.


$$\frac{A}{x} + \frac{B}{x+1} + \frac{C}{(x+1)^2} +\frac{(Dx+E)}{(x^2+2)}$$

\begin{align*} &8x^4+15x^3+16x^2+22x+4\\ &\quad = A(x+1)^2(x^2+2)+B(x)(x+1)(x^2+2)+C(x)(x^2+2)+(Dx+E)(x)(x+1)^2 \end{align*} Sustituir en $x=0$ conseguir $4=A(1)(2)$, lo $A = 2$ $$6x^4+11x^3+10x^2+14x = B(x)(x+1)(x^2+2)+C(x)(x^2+2)+(Dx+E)(x)(x+1)^2$$ Sustituir en $x=-1$ para obtener $$6-11+10-14 = C(-1)(1+2)$$ por lo $-9=-3C$, lo $C=3$.

Dejando a mí lo que tenemos a continuación:


Lo que me lleva a donde yo actualmente estoy atascado.

$$6x^4 +8x^3 +10x^2+8x = B(x)(x+1)(x^2+2) + (Dx + E) (x) (x+1)^2$$

Es la mejor utilización de sustitución para resolver por $B$?

21voto

David HAust Puntos 2696

A continuación muestro cómo los Heaviside encubrimiento método generaliza a manejar no lineal denominadores. Con el numerador $\rm\:f(x)\ =\ 8x^4+15x^3+16x^2+22x+4\:,\: $ la indeterminación parcial de la fracción es

$$\rm\frac{f(x)}{x(x+1)^2(x^2+2)}\ =\ \frac{a}{x}\ +\ \frac{b\ (x+1) + c}{(x+1)^2}\ +\ \frac{d\ x+e}{x^2+2}$$

Para encontrar el numerador de la $\rm\: x^2+2\ $ fracción, claro denominadores y recoger los factores de $\rm\: x^2 + 2\: $

$$\rm f(x)\ \ =\ \ x\ (x+1)^2\ (d\ x +\: e)\ \ +\ \ (x^2+\:2)\ g(x)\ ,\quad\quad some\ \ g(x) \in \mathbb Q[x]$$

La evaluación de este mod $\rm\ x^2 + 2\:,\ $ es decir$\:$, de manera iterativa, la aplicación de la regla de reescritura $\rm\ x^2 \to -2\:,\:\: $ rendimientos

$$\rm - 8\ x + 4\ =\: -(4\ d +\: e)\ x + 2\ d - 4\ e\quad \Rightarrow\quad d=2,\ e=0 $$

Tenga en cuenta que este método equivale a ignorar ("cobertura"), todos de la indeterminación parcial de las fracciones tener denominador diferente (es decir, coprime) de la actual denominador $\rm\:p(x) = x^2+2\:$ (es decir, tiene raíces distintas), entonces la evaluación de lo que queda en las raíces de $\rm\:p(x)\:$ o, $\:$ equivalentemente, $\:$ evaluación de mod $\rm\:p(x)\:$. Para evitar la computación de los inversos de mod $\rm\:p(x)\:$ escala para borrar denominadores antes de la evaluación. Esto es simplemente el más alto grado análogo de el clásico método de Heaviside - donde encubrir y evaluar en $\rm\: x = r\:$ es equivalente a la evaluación modulo $\rm\:x-r\:$.

Utilizando el mismo método que se puede resolver por el numerador de la $\rm\ (x+1)^2$ fracción

$$\rm f(x)\ \ =\ \ x\ (x^2+2)\ (b\ (x+1) + c)\ \ +\ \ (x+1)^2\ h(x)\ ,\quad\quad some\ \ h(x) \in\mathbb Q[x]$$

La evaluación de este mod $\rm\: (x+1)^2\:,\ $ es decir $\:$, de manera iterativa, la aplicación de la regla de reescritura $\rm\: x^2 \to -2\ x - 1\:,\: $ rendimientos

$$\rm 3\ x - 6\ =\ (5\ c - 3\ b)\ x + 2\ c - 3\ b\quad \Rightarrow\quad c = 3,\ b = 4 $$

11voto

Lorin Hochstein Puntos 11816

En primer lugar, confío en que usted usa el correcto parcial fracción de descomposición: $$\frac{8x^4+15x^3+16x^2+22x+4}{x(x+1)^2(x^2+2)} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x+1} + \frac{C}{(x+1)^2} + \frac{Dx+E}{x^2+2}.$$ Esto lleva a \begin{align*} &8x^4 + 15x^3 + 16x^2 + 22x + 4\\ &\qquad = A(x+1)^2(x^2+2) + Bx(x+1)(x^2+2) + Cx(x^2+2) + (Dx+E)x(x+1)^2. \end{align*} Un útil "truco" es para evaluar a los ceros de los lineales de los factores para obtener algo de información; sospecho que se evalúan en $x=0$ conseguir $2A = 4$, de donde obtuvo $A=2$.

A continuación, puede evaluar en $x=-1$ conseguir $-3C = -9$, que es cómo usted consiguió $C=3$. Buena apariencia.

A continuación, se utiliza que para simplificar. $$2(x^2+2x+1)(x^2+2) +3x(x^2+2) = 2x^4 + 7x^3 + 6x^2 + 14x + 4,$$ lo que resta de $8x^4 + 15x^3 + 16x^2 + 22x + 4$ le dio $$6x^4 + 8x^3 + 10x^2 + 8x = Bx(x+1)(x^2+2) + (Dx+E)x(x+1)^2.$$ Hmmm... Que no es exactamente lo que usted tiene. ¿El uso correcto de la descomposición, o te olvidas de tener cuidado con que $(x+1)^2$?

De todos modos, aquí es donde usted va pegado porque está acostumbrado a ser capaz de resolver el parcial fracciones problemas utilizando sólo la evaluación truco. Pero cuando usted tiene irreductible cuadrática factores o competencias de los lineales de los factores (o peor, ambos), el truco no te todo el camino hasta allí.

Aquí, podemos factor $x$ de ambos lados para obtener $$6x^3 + 8x^2 + 10x + 8 = B(x+1)(x^2+2) + (Dx+E)(x+1)^2.$$ (Se incluye $x$ desde ambos lados y cancelados; esa es la forma en que nos dejó de cuarto poder del cubo).

Edit.

Podemos factor $x+1$ desde ambos lados: $$(x+1)(6x^2 + 2x + 8) = (x+1)(B(x^2+2) + (Dx+E)(x+1))$$ para obtener $$6x^2 + 2x + 8 = B(x^2+2) + (Dx+E)(x+1).$$ Contrariamente a su demanda antes de que, ahora que ya tenía todos los términos, nosotros no simplemente a la conclusión de que $D=6$, debido a que hay dos términos cuadráticos: $Bx^2$$Dx^2$.

Sin embargo, puede evaluar en $x=-1$ conseguir $12 = 3B$ o $B=4$; a partir de esto deberás ir a $$6x^2 + 2x + 8 = 4x^2 + 8 + (Dx+E)(x+1)$$ o $$2x^2 + 2x = (Dx+E)(x+1).$$ Tomando nota de que el término constante de la derecha es $E$, e $0$ a la izquierda, consigue $E=0$. Esto le da $$2x(x+1) = Dx(x+1)$$ que, la cancelación de $x(x+1)$ rendimientos $D=2$.

Alternativamente, de $2x^2+2x = (Dx+E)(x+1)$, podemos factorizar el lado izquierdo completo para obtener $$2x(x+1) = (Dx+E)(x+1)$$ a partir de la cual nos pondremos $Dx+E = 2x$, lo $D=2$$E=0$.

Así que, en resumen, $A=2$, $B=4$, $C=3$, $D=2$, $E=0$.

3voto

Alex Bolotov Puntos 249

Dado lo que usted tiene, ¿qué sucede cuando se establece $x = -1$?

1voto

Después de su método original desde el punto donde plantear su pregunta, aquí hay un par de trucos que puede utilizar, que no fueron mencionados en las respuestas anteriores. (1) $x=\varepsilon -1$ y la negligencia $\varepsilon^2$, para obtener el $B=4$ inmediatamente. (2) $x=\mathrm{i}\sqrt2$ y equiparar partes real e imaginaria para encontrar $D$ $E$ (independientemente de $B$).

0voto

Cygwin98 Puntos 456

Por curiosidad, pensé que proporcionan el resultado final para la comprobación de:

${\enorme{\displaystyle\int}} \! \dfrac {\rm{8x^4+15x^3+16x^2+22x+4}}{\rm{x(x+1)^{2}(x^2+2)}}~\mathrm{dx}~=~ {\enorme{\displaystyle\int}} \! \dfrac {\rm{A}}{\rm{x}}+\dfrac {\rm B}{(\rm x+1)}+\dfrac {\rm C}{(\rm{x+1)^{2}}}+\dfrac {\rm{Dx+E}}{{\rm{(x^2+2)}}}~\mathrm{dx} $

$~~~~~~~~~~~~~~~ \left[ \begin{array}{ccccc} \rm{a} \\ \rm{b} \\ \rm{c} \\ \rm{d} \\ \rm{e} \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccccc} \rm{2} \\ \rm{4} \\ \rm{3} \\ \rm{2} \\ \rm{0} \end{array} \right]~~~~~~~~~~\Rightarrow~~~~~~~~~~~~~~ ={\enorme{\displaystyle\int}} \! \dfrac {\rm 2}{\rm x}+\dfrac {\rm 4}{{\rm{(x+1)}}}+\dfrac {\rm 3}{{\rm{(x+1)^{2}}}}+\dfrac {\rm 2x+0}{{\rm{(x^2+2)}}}~\mathrm{dx} $

$~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ={\rm{2\ln|x|-4\ln(x+1)+\dfrac {3}{x+1}+\ln(x^2+2)+K}} $

$~~~~~~~~~~~\Big({\rm{\ln|x^2+2|\equiv \ln(x^2+2)}}~,~\because {\rm{x^2+2\gt 0~~\forall ~x \in \mathbb{R}}}\Big); ~$

a través de una sustitución del denominador de los últimos 3 integrales.

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