这个带根号的反常积分题目不管用哪个方法都绕不开三角函数

一、题目题目 - 荒原之梦

$$
\int_{1}^{+\infty} \frac{\mathrm{d} x}{x \sqrt{2 x^{2}-1}}=?
$$

难度评级:

二、解析 解析 - 荒原之梦

解法一

$$
\because \quad (\arcsin x)^{\prime}=\frac{1}{\sqrt{1-x^{2}}}
$$

$$
\therefore \quad \int_{1}^{+\infty} \frac{1}{x \sqrt{2 x^{2}-1}} \mathrm{~ d} x=\int_{1}^{+\infty} \frac{\mathrm{~ d} x}{x \sqrt{2 x^{2}\left(1-\frac{1}{2 x^{2}}\right)}}
$$

$$
\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt{2} x^{2} \sqrt{\left[1-\left(\frac{1}{\sqrt{2} x}\right)^{2}\right]}} \mathrm{~ d} x
$$

$$
\because \quad \left(\frac{1}{\sqrt{2} x}\right)^{\prime}=\frac{-\sqrt{2}}{2 x^{2}} = \frac{-1}{\sqrt{2} x^{2}}
$$

$$
\therefore \quad -\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt{1-\left(\frac{1}{\sqrt{2}} x\right)^{2}}} \mathrm{~d} \left(\frac{1}{\sqrt{2} x}\right)=
$$

$$
-\left.\arcsin \left(\frac{1}{\sqrt{2} x}\right)\right|_{1} ^{+\infty}=-\left(0-\frac{\pi}{4}\right)=\frac{\pi}{4}
$$

解法二

$$
\int_{1}^{+\infty} \frac{1}{\sqrt[x]{2 x^{2}-1}} \mathrm{~ d} x \Rightarrow x=\frac{1}{\sqrt{2}} \frac{1}{\cos t} \Rightarrow
$$

$$
x \in(1,+\infty) \Rightarrow \frac{1}{\cos t} \in(\sqrt{2},+\infty) \Rightarrow
$$

$$
\cos t \in\left(\frac{\sqrt{2}}{2}, 0\right) \Rightarrow t \in\left(\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{2}\right) \Rightarrow
$$

$$
\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}} \frac{1}{\cos t} \sqrt{\frac{1}{\cos ^{2} t}-1}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sin t}{\cos ^{2} t} \mathrm{~ d} t \Rightarrow
$$

$$
\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}} \frac{1}{\cos t} \cdot \sqrt{\frac{1-\cos ^{2} t}{\cos ^{2} t}}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sin t}{\cos ^{2} t} \mathrm{~ d} t \Rightarrow
$$

$$
\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1}{\frac{1}{\sqrt{2}} \frac{1}{\cos t} \cdot \frac{\sin t}{\cos t}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{\sin t}{\cos ^{2} t} \mathrm{~ d} t \Rightarrow
$$

$$
\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos ^{2} t}{\sin t} \cdot \frac{\sin t}{\cos ^{2} t} \mathrm{~ d} t=
$$

$$ \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} 1 \mathrm{~ d} t=\frac{\pi}{2}-\frac{\pi}{4}=\frac{\pi}{4}
$$


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