AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1638

Условие

Найти интеграл \(\displaystyle{\int\frac{\arcsin{x}dx}{x^2}}\).

Решение

В ходе решения мы придём к интегралу \(\displaystyle{\int\frac{dx}{x\sqrt{1-x^2}}}\). Найти этот интеграл можно по-разному. Можно, например, как в задаче 1455 применить подстановку \(\displaystyle{x=\frac{1}{t}}\). Однако для разнообразия применим подстановку \(\displaystyle{x=\sin{t}}\), где \(\displaystyle{t\in\left(-\frac{\pi}{2};\frac{\pi}{2}\right)}\). При этом \(\displaystyle{\cos{t}\gt{0}}\), поэтому в решении будет использована формула \(\displaystyle{\sqrt{1-\sin^2{t}}=\cos{t}}\).

\[ \begin{aligned} & \int\frac{\arcsin{x}dx}{x^2} =\left[\begin{aligned} & u=\arcsin{x};\;du=\frac{dx}{\sqrt{1-x^2}};\\ & dv=\frac{dx}{x^2};\;v=-\frac{1}{x}. \end{aligned}\right] =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\int\frac{dx}{x\sqrt{1-x^2}} =\left[x=\sin{t}\right]=\\ & =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\int\frac{\cos{t}dt}{\sin{t}\cos{t}} =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\int\frac{dt}{\sin{t}} =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\ln\left|\tg\frac{t}{2}\right|+C=\\ & =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\ln\left|\frac{1-\cos{t}}{\sin{t}}\right|+C =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\ln\left|\frac{1-\sqrt{1-\sin^2{t}}}{\sin{t}}\right|+C=\\ & =-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\ln\left|\frac{1-\sqrt{1-x^2}}{x}\right|+C \end{aligned} \]

Ответ:

\(\displaystyle{-\frac{\arcsin{x}}{x^2}+\ln\left|\frac{1-\sqrt{1-x^2}}{x}\right|+C}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №6Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление
Параграф №3Основные классы интегрируемых функций
Задача №2187