将 8x+13(1+2x)(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} 表示为部分分式。 将 8x+13(1+2x)(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} 表示为部分分式。 由此,求 ∫128x+13(1+2x)(2+x)2 dx\displaystyle \int_{1}^{2} \frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2}\,\mathrm{d}x 的值。

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完整解法

6((a))

1. Set up the partial fraction decomposition form

Let 8x+13(1+2x)(2+x)2=A1+2x+B2+x+C(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} = \frac{A}{1+2x} + \frac{B}{2+x} + \frac{C}{(2+x)^2}

2. Form the basic equation by clearing the denominator

8x+13=A(2+x)2+B(1+2x)(2+x)+C(1+2x)8x+13 = A(2+x)^2 + B(1+2x)(2+x) + C(1+2x)

3. Find A by substituting x = -1/2

Substitute x=−12x = -\frac{1}{2}:
8(−12)+13=A(2−12)28\left(-\frac{1}{2}\right) + 13 = A\left(2 - \frac{1}{2}\right)^2
−4+13=A(32)2-4 + 13 = A\left(\frac{3}{2}\right)^2
9=94A  ⟹  A=4×99=49 = \frac{9}{4}A \implies A = 4 \times \frac{9}{9} = 4

4. Find C by substituting x = -2

Substitute x=−2x = -2:
8(−2)+13=C(1+2(−2))8(-2) + 13 = C(1 + 2(-2))
−16+13=C(1−4)-16 + 13 = C(1 - 4)
−3=−3C  ⟹  C=1-3 = -3C \implies C = 1

5. Find B by substituting x = 0 (or equating coefficients)

Substitute x=0x = 0, A=4A = 4, C=1C = 1:
13=4(2)2+B(1)(2)+1(1)13 = 4(2)^2 + B(1)(2) + 1(1)
13=16+2B+113 = 16 + 2B + 1
13=17+2B13 = 17 + 2B
2B=−4  ⟹  B=−22B = -4 \implies B = -2

Therefore, 8x+13(1+2x)(2+x)2=41+2x−22+x+1(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} = \frac{4}{1+2x} - \frac{2}{2+x} + \frac{1}{(2+x)^2}

答案

21+2x−12+x+1(2+x)2\frac{2}{1+2x} - \frac{1}{2+x} + \frac{1}{(2+x)^2}

6((b))

1. Find the partial fractions from part (a)

Let 8x+13(1+2x)(2+x)2=A1+2x+B2+x+C(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} = \frac{A}{1+2x} + \frac{B}{2+x} + \frac{C}{(2+x)^2}
8x+13=A(2+x)2+B(1+2x)(2+x)+C(1+2x)8x+13 = A(2+x)^2 + B(1+2x)(2+x) + C(1+2x)
Let x=−2x = -2: −16+13=C(1−4)⇒−3=−3C⇒C=1-16+13 = C(1-4) \Rightarrow -3 = -3C \Rightarrow C = 1
Let x=−12x = -\frac{1}{2}: −4+13=A(2−12)2⇒9=A(94)⇒A=4-4+13 = A(2-\frac{1}{2})^2 \Rightarrow 9 = A(\frac{9}{4}) \Rightarrow A = 4
Compare coefficients of x2x^2: 0=A+2B⇒0=4+2B⇒B=−20 = A + 2B \Rightarrow 0 = 4 + 2B \Rightarrow B = -2
So, 8x+13(1+2x)(2+x)2=41+2x−22+x+1(2+x)2\frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2} = \frac{4}{1+2x} - \frac{2}{2+x} + \frac{1}{(2+x)^2}

2. Integrate the partial fractions

∫128x+13(1+2x)(2+x)2 dx=∫12(41+2x−22+x+(2+x)−2) dx\int_{1}^{2} \frac{8x+13}{(1+2x)(2+x)^2}\,\mathrm{d}x = \int_{1}^{2} \left( \frac{4}{1+2x} - \frac{2}{2+x} + (2+x)^{-2} \right) \,\mathrm{d}x
=[4ln⁡(1+2x)2−2ln⁡(2+x)+(2+x)−1−1]12= \left[ \frac{4\ln(1+2x)}{2} - 2\ln(2+x) + \frac{(2+x)^{-1}}{-1} \right]_{1}^{2}
=[2ln⁡(1+2x)−2ln⁡(2+x)−12+x]12= \left[ 2\ln(1+2x) - 2\ln(2+x) - \frac{1}{2+x} \right]_{1}^{2}

3. Evaluate the definite integral

=(2ln⁡5−2ln⁡4−14)−(2ln⁡3−2ln⁡3−13)= \left( 2\ln 5 - 2\ln 4 - \frac{1}{4} \right) - \left( 2\ln 3 - 2\ln 3 - \frac{1}{3} \right)
=2ln⁡5−2ln⁡4−14+13= 2\ln 5 - 2\ln 4 - \frac{1}{4} + \frac{1}{3}
=2ln⁡(54)+112= 2\ln\left(\frac{5}{4}\right) + \frac{1}{12}
=ln⁡(2516)+112= \ln\left(\frac{25}{16}\right) + \frac{1}{12}

答案

ln⁡(2527)+112\ln\left(\frac{25}{27}\right) + \frac{1}{12}

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