Задача №1422
Условие
Найти интеграл \(\displaystyle{\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}}\).
Решение
\[
\int\sqrt{1-x^2}dx
=\left[\begin{aligned}& u=\sqrt{1-x^2};\;du=\frac{-xdx}{\sqrt{1-x^2}}.\\& dv=dx;\;v=x.\end{aligned}\right]
=x\cdot\sqrt{1-x^2}+\int{x\cdot\frac{xdx}{\sqrt{1-x^2}}}=\\
=x\cdot\sqrt{1-x^2}+\int\frac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}dx
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\frac{1-x^2-1}{\sqrt{1-x^2}}dx=\\
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\left(\frac{1-x^2}{\sqrt{1-x^2}}-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\right)dx
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\left(\sqrt{1-x^2}-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\right)dx=\\
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\sqrt{1-x^2}dx +\int\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\sqrt{1-x^2}dx +\arcsin{x}+2C.
\]
\[
\int\sqrt{1-x^2}dx
=x\cdot\sqrt{1-x^2}-\int\sqrt{1-x^2}dx +\arcsin{x}+2C;\\
\int\sqrt{1-x^2}dx=\frac{x}{2}\cdot\sqrt{1-x^2}+\frac{1}{2}\cdot\arcsin{x}+C.
\]
Вернёмся к заданному интегралу:
\[
\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}
=-\int\frac{1-x^2-1}{\sqrt{1-x^2}}
=-\int\sqrt{1-x^2}dx+\int\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}}=\\
=-\frac{x}{2}\cdot\sqrt{1-x^2}-\frac{1}{2}\cdot\arcsin{x}+\arcsin{x}+C
=-\frac{x}{2}\cdot\sqrt{1-x^2}+\frac{1}{2}\cdot\arcsin{x}+C
\]
Можно решить и быстрее :) Предыдущее решение убирать не стану, просто допишу ещё один вариант:
\[
\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}
=\left[\begin{aligned}& u=x;\;du=dx.\\& dv=\frac{xdx}{\sqrt{1-x^2}}=-\frac{1}{2}\left(1-x^2\right)^{-\frac{1}{2}};\;v=-\sqrt{1-x^2}.\end{aligned}\right]=\\
=-x\sqrt{1-x^2}+\int\sqrt{1-x^2}dx
=-x\sqrt{1-x^2}+\int\frac{1-x^2}{\sqrt{1-x^2}}dx=\\
=-x\sqrt{1-x^2}+\int\left(\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}-\frac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}\right)dx
=-x\sqrt{1-x^2}+\arcsin{x}-\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}.
\]
\[
\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}
=-x\sqrt{1-x^2}+\arcsin{x}-\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}};\;
\int\frac{x^2dx}{\sqrt{1-x^2}}=-\frac{x\sqrt{1-x^2}}{2}+\frac{\arcsin{x}}{2}+C.
\]
Ответ:
\(\displaystyle{-\frac{x\sqrt{1-x^2}}{2}+\frac{\arcsin{x}}{2}+C}\)Источники задачи
| Задачник №1 | Берман "Сборник задач по курсу математического анализа" |
| Глава №6 | Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление |
| Параграф №2 | Основные методы интегрирования |
| Задача №1865 |