AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1606

Условие

Найти интеграл \(\displaystyle{\int\frac{dx}{\left(x^2+9\right)^3}}\).

Решение

Обозначим \(\displaystyle{J_n=\int\frac{dx}{\left(x^2+a^2\right)^n}}\). При \(\displaystyle{n=1}\) получим:

\[ J_1=\int\frac{dx}{x^2+a^2}=\frac{1}{a}\arctg\frac{x}{a}+C \]

Будем использовать следующую рекуррентную формулу:

\[ J_{n+1}=\frac{1}{2na^2}\cdot\frac{x}{\left(x^2+a^2\right)^n}+\frac{2n-1}{2na^2}\cdot{J_n} \]

Данный интеграл подробно рассмотрен в книге Г.М. Фихтенгольца "Курс дифференциального и интегрального исчисления" (том №2, стр. 35).

С учётом данной формулы, получим:

\[ \begin{aligned} & J_2=\frac{1}{2a^2}\cdot\frac{x}{x^2+a^2}+\frac{1}{2a^2}\cdot{J_1} =\frac{x}{2a^2\left(x^2+a^2\right)}+\frac{1}{2a^3}\arctg\frac{x}{a}+C;\\ & J_3=\frac{1}{4a^2}\cdot\frac{x}{\left(x^2+a^2\right)^2}+\frac{3}{4a^2}\cdot{J_2} =\frac{x}{4a^2\left(x^2+a^2\right)^2}+\frac{3x}{8a^4\left(x^2+a^2\right)}+\frac{3}{8a^5}\arctg\frac{x}{a}+C. \end{aligned} \]

Подставляя в последнюю формулу значение \(\displaystyle{a=3}\), получим искомый интеграл:

\[ \int\frac{dx}{\left(x^2+9\right)^3} =\frac{x}{36\left(x^2+9\right)^2}+\frac{x}{216\left(x^2+9\right)}+\frac{1}{648}\arctg\frac{x}{3}+C \]

Ответ:

\(\displaystyle{\frac{x}{36\left(x^2+9\right)^2}+\frac{x}{216\left(x^2+9\right)}+\frac{1}{648}\arctg\frac{x}{3}+C}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №6Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление
Параграф №3Основные классы интегрируемых функций
Задача №2052