多项式除法(化简假分式)
假分式:分子 ≥ 分母 的分式
注意:多项式顺序的摆放,次数高的在前面,次数低的在后面,有缺陷要补齐
缺 x 的 1 次项 e g : x 3 + x 2 + 0 x + 5
x 3 + 3 x 2 + 3 x + 1 = ( x + 1 ) ( x 2 + 2 x + 1 )
来看一下有余数的例子
( x 4 − 2 x 2 + 3 x − 4 ) = ( x − 1 ) ( x 3 + x 2 − x + 2 ) − 2
因式分解x 3 − 3 x 2 + 4
先试根
x = 1 1 − 3 + 4 = 2 > 0 x = − 1 − 1 − 3 + 4 = 0 ∴ x = − 1 为一个根 可以分离出 ( x + 1 )
开始多项式除法
配凑
凑
∫ x 2 + 1 3 x 4 + 3 x 2 + 1 d x
∫ x 2 + 1 3 x 4 + 3 x 2 + x 2 + 1 1 d x ∫ x 2 + 1 3 x 2 ⋅ ( x 2 + 1 ) + x 2 + 1 1 d x ∫ 3 x 2 + 1 + x 2 1 d x 3 ∫ x 2 d x + ∫ 1 + x 2 1 d x 3 ⋅ 3 1 x 3 + arctan x + C x 3 + arctan x + C
∫ 1 + x 2 x 4 d x
凑分子x 2 ( x 2 + 1 ) − x 2
∫ 1 + x 2 ( 1 + x 2 ) ⋅ x 2 − x 2 d x ∫ ( 1 + x 2 ( 1 + x 2 ) ⋅ x 2 − 1 + x 2 x 2 ) d x ∫ ( x 2 − 1 + x 2 x 2 ) d x ∫ ( x 2 − 1 + x 2 1 + x 2 − 1 ) d x ∫ ( x 2 − 1 + 1 + x 2 1 ) d x 3 1 x 3 − x + arctan x + C
∫ e x − 1 e 2 x − 1 d x
因为e 2 x = ( e x ) 2
原式 = ∫ e x − 1 ( e x ) 2 − 1 2 d x = ∫ e x − 1 ( e x + 1 ) ( e x − 1 ) d x = ∫ ( e x + 1 ) d x = e x + x + C
∫ x 2 ( x − 1 ) 3 d x
分子拆 ( x − 1 ) 3 = ( x − 1 ) ( x − 1 ) 2 = ( x − 1 ) ( x 2 − 2 x + 1 ) = x 3 − 3 x 2 + 3 x − 1 ∫ x 2 x 3 − 3 x 2 + 3 x − 1 d x ∫ x d x − ∫ 3 d x + 3 ∫ x 1 d x − ∫ x 2 1 d x 2 1 x 2 − 3 x + 3 ln ∣ x ∣ + x 1 + C
∫ x 2 + 1 2 x 4 + x 2 + 3 d x
分子进行配凑
x 4 = ( x 2 ) 2 = ( x 2 + 1 − 1 ) 2 [( x 2 + 1 ) − 1 ] 2 = ( x 2 + 1 ) 2 − 2 ( x 2 + 1 ) + 1 ∴ 原式 = ∫ x 2 + 1 2 ( x 2 + 1 ) 2 − 4 ( x 2 + 1 ) + 2 + x 2 + 3 d x ∫ x 2 + 1 2 ( x 2 + 1 ) 2 − 4 ( x 2 + 1 ) + x 2 + 1 + 4 d x ∫ x 2 + 1 2 ( x 2 + 1 ) 2 − 3 ( x 2 + 1 ) + 4 d x ∫ 2 ( x 2 + 1 ) − 3 + 1 + x 2 4 d x ∫ 2 x 2 − 1 + 1 + x 2 4 d x 2 ∫ x 2 d x − ∫ d x + 4 ∫ 1 + x 2 1 d x 2 ⋅ 3 1 x 3 − x + 4 arctan x + C
现在就可以进行拆分了。
另一种凑发
x 4 = ( x 4 − 1 + 1 ) [( x 2 ) 2 − 1 2 + 1 ] ( x 2 + 1 ) ( x 2 − 1 ) + 1
接下来代入原式也可以做出来
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通用拆分方式
有理真分式Q ( x ) P ( x ) = c 0 ( x − a ) k ( x 2 + p x + q ) l P ( x ) ( k , l 为正整数 , p 2 − 4 q < 0 )
可唯一地分解为有限个最简有理分式之和,即
Q ( x ) P ( x ) = x − a A 1 + ( x − a ) 2 A 2 + ⋯ + ( x − a ) k A k + x 2 + p x + q B 1 x + D 1 + ( x 2 + p x + q ) 2 B 2 x + D 2 + ⋯ + ( x 2 + p x + q ) l B l x + D l
( 2 x + 3 ) 2 ( 2 x 2 + 3 x + 4 ) 2 x + 1 = 2 x + 3 A 1 + ( 2 x + 3 ) 2 A 2 + 2 x 2 + 3 x + 4 B x + D ( x − 5 ) ( 3 x 2 + x + 1 ) 2 2 x + 6 x 2 = x − 5 A + 3 x 2 + x + 1 B 1 x + D 1 + ( 3 x 2 + x + 1 ) 2 B 2 x + D 2 ( x − 1 ) 2 ( x + 1 ) x − 3 = x − 1 A + ( x − 1 ) 2 B + x + 1 D ( x + 1 ) ( x 2 − x + 1 ) 3 = x + 1 A + x 2 − x + 1 B x + D
待定系数法
( x + 1 ) ( x + 2 ) x
设 ( x + 1 ) ( x + 2 ) x = x + 1 A + x + 2 B ( x + 1 ) ( x + 2 ) A ( x + 2 ) + B ( x + 1 ) = ( x + 1 ) ( x + 2 ) A x + 2 A + B x + B ∴ ( A + B ) x + 2 A + B = x ∴ { A + B = 1 2 A + B = 0 解出 A = − 1 , B = 2 ( x + 1 ) ( x + 2 ) x = x + 1 A + x + 2 B = − x + 1 1 + x + 2 2
留数法
求谁,删谁,代谁
另一种方法:留数法
( 2 x + 1 ) ( x + 1 ) 1 = 2 x + 1 A + x + 1 B
算 A ,令 2 x + 1 = 0 解得 x = − 2 1 ,代入原式 − 2 1 + 1 1 = 2 = A 算 B ,令 x + 1 = 0 解得 x = − 1 ,代入原式 2 ⋅ ( − 1 ) + 1 1 = − 1 = B
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公式
( x + a ) ( x + b ) 1
设: x + a 1 − x + b 1 通分 ( x + a ) ( x + b ) x + b − x − a = ( x + a ) ( x + b ) b − a ∴ ( x + a ) ( x + b ) 1 = b − a 1 ( x + a 1 − x + b 1 )
设y = x 2 − 2 x − 8 1 ,求y ( n )
y = ( x + 2 ) ( x − 4 ) 1 = − 4 − 2 1 ( x + 2 1 − x − 4 1 ) = − 6 1 ( x + 2 1 − x − 4 1 )
提出负数不自然就交换一下
y = ( x + 2 ) ( x − 4 ) 1 = ( x − 4 ) ( x + 2 ) 1 = 2 − ( − 4 ) 1 ( x − 4 1 − x + 2 1 ) = 6 1 ( x − 4 1 − x + 2 1 ) y ( n ) = 6 1 [ ( x − 4 1 ) ( n ) − ( x + 2 1 ) ( n ) ] = 6 1 [ ( x − 4 ) n + 1 1 n ⋅ ( − 1 ) n ⋅ n ! − ( x + 2 ) n + 1 1 n ⋅ ( − 1 ) n ⋅ n ! ] = 6 1 ( − 1 ) n ⋅ n ! ( ( x − 4 ) n + 1 1 − ( x + 2 ) n + 1 1 )
综合题目
∫ x 3 − x x 5 + x 4 − 8 d x 长除变真分式 ∫ x 3 − x ( x 3 − x ) ( x 2 + x + 1 ) + x 2 + x − 8 d x ∫ x 2 + x + 1 + x 3 − x x 2 + x − 8 d x 单独处理 x 3 − x x 2 + x − 8 x 3 − x x 2 + x − 8 = x ( x − 1 ) ( x + 1 ) x 2 + x − 8 待定系数 x A + x − 1 B + x + 1 D 解得 A = 8 , B = − 3 , D = − 4 ∫ ( x 2 + x + 1 + x 8 − x − 1 3 − x + 1 4 ) d x = 3 1 x 3 + 2 1 x 2 + x + 8 ln ∣ x ∣ − 3 ln ∣ x − 1∣ − 4 ln ∣ x + 1∣ + C
∫ ( x − 1 ) ( x 2 − 1 ) x − 3 d x ∫ ( x − 1 ) 2 ( x + 1 ) x − 3 d x x − 1 A + ( x − 1 ) 2 B + x + 1 D 解得 A = 1 , B = − 1 , D = − 1 ∫ x − 1 1 − ( x − 1 ) 2 1 − x + 1 1 d x ln ∣ x − 1∣ + x − 1 1 − ln ∣ x + 1∣ + C
∫ x 3 + 1 3 d x ∫ ( x + 1 ) ( x 2 − x + 1 ) 3 d x 令 x + 1 A + x 2 − x + 1 B x + D 解得 A = 1 , B = − 1 , D = 2 ∫ x + 1 1 + x 2 − x + 1 − x + 2 d x ∫ x + 1 1 − x 2 − x + 1 x − 2 d x 分子 = 分母求导 ( x 2 − x + 1 ) ′ = 2 x − 1 ln ∣1 + x ∣ − ∫ x 2 − x + 1 2 1 ( 2 x − 1 ) − 2 3 d x − ∫ x 2 − x + 1 2 1 ( x 2 − x + 1 ) ′ − 2 3 d x − 2 1 ∫ x 2 − x + 1 ( x 2 − x + 1 ) ′ d x + 2 3 ∫ x 2 − x + 1 1 d x
接下来分别算这些积分
− 2 1 ∫ x 2 − x + 1 ( x 2 − x + 1 ) ′ d x = − 2 1 ∫ x 2 − x + 1 1 d ( x 2 − x + 1 ) = − 2 1 ln ∣ x 2 − x + 1∣ x 2 − x + 1 1 = ( x − 2 1 ) 2 + 4 3 1 = ( x − 2 1 ) 2 + ( 2 3 ) 2 1 ∫ ( x − 2 1 ) 2 + ( 2 3 ) 2 1 d ( x − 2 1 ) = 3 2 arctan ( 2 3 ) ( x − 2 1 ) + C 2 3 3 2 arctan ( 2 3 ) ( x − 2 1 ) + C 3 arctan 3 2 x − 1 + C
公式
∫ x − a 1 d ( x − a ) = ln ∣ x − a ∣ + C ∫ x 2 + a 2 d x = a 1 arctan a x + C ( a > 0 ) ∫ a 2 − x 2 1 d x = 2 a 1 ln a − x a + x + C ( a > 0 ) ∫ x 2 − a 2 1 d x = 2 a 1 ln ∣ x + a x − a ∣ + C ( a > 0 )
比如:
∫ x 2 + 3 1 d x = 3 1 arctan 3 x + C
− ∫ 2 2 − t 2 1 d t a = 2 , x = t − ( 4 1 ln ∣ 2 − t 2 + t ∣ ) + C − 4 1 ln ∣ 2 − t 2 + t ∣ + C