26.部分分式

1 部分分式法

将函数表达式拆分成一些可以积分的简单分式。

比如$\int \frac{4x-1}{x^2+x-2}dx=\int(\frac{1}{x-1}+\frac{3}{x+2})dx=ln|x-1|+3ln|x+2|+C$

而“掩盖法(cover-up)”就是一种常见的函数转换方法

2 掩盖法

掩盖法适用于函数$Q(x)$有不同的线性因子的情况,且分子最高次小于分母

以上一节的例题中表达式为例

  • $\frac{4x-1}{x^2+x-2}=\frac{4x-1}{(x+1)(x-2)}=\frac{A}{x+1}+\frac{B}{x-2}$
  • 两边同乘以$x+1$得$\frac{4x-1}{x-2}=A+\frac{x+1}{x-2}B$
  • 令$x=-1$ 可得$A=1$;同理两边同乘$x-2$并令$x=2$,可得$B=3$

步骤总结:

  1. factor the denominator Q: 把分母Q因式分解
  2. set up: 建立等式(设定A, B等未知系数)
  3. cover-up: “掩盖”(通往未知系数的捷径)

3 掩盖法的特殊情况

线性因子重复时建立等式:$\frac{x^2+2}{(x-1)^2(x+2)}=\frac{A}{x-1}+\frac{B}{(x-1)^2}+\frac{C}{x+2}$(此时A不能“掩盖”,需要通过带入特殊值来求解,比如$x=0$)

因子有二次项时建立等式:$\frac{x^2}{(x-1)(x^2+1)}=\frac{A}{x-1}+\frac{Bx+C}{x^2+1}$(此时可考虑借助复数再次对分母$x^2+1$进行因式分解,或者直接对比等式两侧系数,建立线性方程组求解)(此情况可用于拉普拉斯变换上微分方程的反演问题,?不太懂= =)

三次项有的是可分解的:$x^3+1=(x+1)(x^2-x+1)$

遇见假分数 improper fraction(分子最高次项大于分母)时用长除法 long division 进行处理:$$\frac{x^3}{(x-1)(x+2)}=\frac{x^3}{x^2+x-2}=x-1+\frac{3x-2}{x^2+x-2}$$

4 参考

MIT—单变量微积分笔记29 部分分式

#部分分式法

往年同期文章