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对y=1/(1-x^2)求原函数,有三种结果,哪一种才是正确的?

2023-07-28 18:25 作者:无风云不动云动心如风  | 我要投稿

在三角函数科普的第二篇文章中(没有看过前两期的朋友,我会在评论区放出链接),我们知道反双曲正切函数artanhx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7B1%2Bx%7D%7B1-x%7D%20(标记为A),它的导函数为%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20,而反双曲余切函数arcothx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7Bx%2B1%7D%7Bx-1%7D%20(标记为B),它的导函数同样也是%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20,而如果我们对%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20用常规方法进行求原函数,又会得到另一种结果%E2%88%AB%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%7D%20dx%3D%E2%88%AB%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20(%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%7D%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2Bx%7D%20)dx%3D-%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cvert%201-x%20%5Cvert%20%2B%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cvert%201%2Bx%20%5Cvert%20%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cvert%20%5Cfrac%7B1%2Bx%7D%7B1-x%7D%20%20%5Cvert%20%2Bc(标记为C)那么这就抛出了本篇文章的主题,对%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20求原函数的三种结果A、B、C哪一个才是正确的呢?


y=1/(1-x^2)图像

正确答案是C。画出%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20的图像我们可以看出,它的图像由三段曲线组成,定义域分别是(-%E2%88%9E%2C-1)(-1%2C1)(1%2C%2B%E2%88%9E),而反双曲正切函数artanhx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7B1%2Bx%7D%7B1-x%7D%20的定义域为(-1%2C1),它的导函数定义域不能超出这个区间范围,所以%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20(-1%2C1)这个区间上对应的原函数是artanhx。同理arcothx%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20ln%5Cfrac%7Bx%2B1%7D%7Bx-1%7D%20的定义域为(-%E2%88%9E%2C-1)%5Ccup%20(1%2C%2B%E2%88%9E),所以%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20(-%E2%88%9E%2C-1)%5Ccup%20(1%2C%2B%E2%88%9E)这个区间上对应的原函数是arcothx。因此A和B只是%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20在定义域部分区间上的原函数,只有C是覆盖了%5Cfrac%7B1%7D%7B1-x%5E2%20%7D%20整个定义域的原函数。

再举一个通俗简单的例子,我们在对%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20求原函数时,大家都知道结果是ln%5Cvert%20x%20%5Cvert%20,为啥要对结果加上绝对值?就是为了让二者的定义域保持一致,否则如果不加上绝对值,lnx只是%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20在区间(0%2C%2B%E2%88%9E)上的原函数,无法覆盖%5Cfrac%7B1%7D%7Bx%7D%20整个定义域。

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