即积分
∫(x2+px+q)lBx+Cdx
我们采用分部积分法和递推公式来求解此类积分。
首先,我们将分母中的 x2+px+q 标准化,使其变成 u2+a2 的形式。
则可以考虑以下配凑:
x2+px+q=(x+2p)2+(q−4p2)
则可以令
u=x+2p,a2=q−4p2
其中我们已知 x2+px+q 已为不可因式分解的形式,所以有 Δ=p2−4q<0⇒q−4p2>0⇒a2>0 成立。
则 du=dx,x=u−2p ,代回原式得:
∫(x2+px+q)lBx+Cdx=∫(u2+a2)lB(u−2p)+Cdu
则原式化为两个积分:
B∫(u2+a2)ludu+(C−2Bp)∫(u2+a2)ldu(①)
对于第一个积分,我们通过换元积分法很容易求出:
设 t=u2+a2 ,则 dt=2udu
故
B∫(u2+a2)ludu=2B∫tldt=−2(l−1)tl−1B+C
现在我们来看第二个积分,这是求解的关键部分。
我们设
Jl=∫(u2+a2)ldu
将其变形为:
∫(u2+a2)l(u2+a2)−u2⋅a21du
将其拆为两个积分:
a21[∫(u2+a2)l−11du−∫(u2+a2)lu2du]
a21[Jl−1−∫(u2+a2)lu2du](②)
现在对右边的积分使用分部积分法:
∫(u2+a2)lu2du=∫u⋅(u2+a2)ludu
令 v=u,dw=(u2+a2)ludu
则
dv=du,w=∫(u2+a2)ludu=2(1−l)(u2+a2)l−11
代回得:
∫(u2+a2)lu2du=2(1−l)(u2+a2)l−1u−2(1−l)1∫(u2+a2)l−1du
整理得:
2(l−1)1Jl−1−2(l−1)(u2+a2)l−1u
将该式代回 ② 式得:
Jl=a21[2(l−1)2l−3Jl−1+2(l−1)(u2+a2)l−1u]
其中基础解
J1=a1arctan(au)
则最终结果为:
∫(x2+px+q)lBx+Cdx=−2(l−1)(u2+a2)l−1B+C+(C−2Bp)Jl
其中 Jl 可由递推公式求出。