Квадратичный интеграл

В математике квадратичный интеграл — это интеграл вида

$$\int {\frac {dx}{a+bx+cx^{2}}}.$$

Его можно оценить, квадрат возведя в знаменатель .

$$\int {\frac {dx}{a+bx+cx^{2}}}={\frac {1}{c}}\int {\frac {dx}{\left(x+{\frac {b}{2c}}\right)^{\!2}+\left({\frac {a}{c}}-{\frac {b^{2}}{4c^{2}}}\right)}}.$$

Позитивно-дискриминантный случай

Предположим, что дискриминант q = b ² − 4 ac положителен. В этом случае определите u и A по формуле

$$u=x+{\frac {b}{2c}},$$

и

$$-A^{2}={\frac {a}{c}}-{\frac {b^{2}}{4c^{2}}}={\frac {1}{4c^{2}}}(4ac-b^{2}).$$

Квадратичный интеграл теперь можно записать как

$$\int {\frac {dx}{a+bx+cx^{2}}}={\frac {1}{c}}\int {\frac {du}{u^{2}-A^{2}}}={\frac {1}{c}}\int {\frac {du}{(u+A)(u-A)}}.$$

дроби Разложение на частичные

$${\frac {1}{(u+A)(u-A)}}={\frac {1}{2A}}\!\left({\frac {1}{u-A}}-{\frac {1}{u+A}}\right)$$

позволяет оценить интеграл:

$${\frac {1}{c}}\int {\frac {du}{(u+A)(u-A)}}={\frac {1}{2Ac}}\ln \left({\frac {u-A}{u+A}}\right)+{\text{constant}}.$$

Окончательный результат для исходного интеграла в предположении, что q > 0, равен

$$\int {\frac {dx}{a+bx+cx^{2}}}={\frac {1}{\sqrt {q}}}\ln \left({\frac {2cx+b-{\sqrt {q}}}{2cx+b+{\sqrt {q}}}}\right)+{\text{constant}}.$$

Отрицательно-дискриминантный случай

В случае, если дискриминант q = b ² − 4 ac отрицательно, второе слагаемое в знаменателе в

$$\int {\frac {dx}{a+bx+cx^{2}}}={\frac {1}{c}}\int {\frac {dx}{\left(x+{\frac {b}{2c}}\right)^{\!2}+\left({\frac {a}{c}}-{\frac {b^{2}}{4c^{2}}}\right)}}.$$

является положительным. Тогда интеграл становится

$${\begin{aligned}{\frac {1}{c}}\int {\frac {du}{u^{2}+A^{2}}}&={\frac {1}{cA}}\int {\frac {du/A}{(u/A)^{2}+1}}\\[9pt]&={\frac {1}{cA}}\int {\frac {dw}{w^{2}+1}}\\[9pt]&={\frac {1}{cA}}\arctan(w)+\mathrm {constant} \\[9pt]&={\frac {1}{cA}}\arctan \left({\frac {u}{A}}\right)+{\text{constant}}\\[9pt]&={\frac {1}{c{\sqrt {{\frac {a}{c}}-{\frac {b^{2}}{4c^{2}}}}}}}\arctan \left({\frac {x+{\frac {b}{2c}}}{\sqrt {{\frac {a}{c}}-{\frac {b^{2}}{4c^{2}}}}}}\right)+{\text{constant}}\\[9pt]&={\frac {2}{\sqrt {4ac-b^{2}\,}}}\arctan \left({\frac {2cx+b}{\sqrt {4ac-b^{2}}}}\right)+{\text{constant}}.\end{aligned}}$$

Ссылки

• Вайсштейн, Эрик В. « Квадратичный интеграл ». Из MathWorld — веб-ресурса Wolfram, в котором упоминается следующее:
• Градштейн Израиль Соломонович ; Рыжик Иосиф Моисеевич ; Героним Юрий Вениаминович ; Цейтлин Михаил Юльевич ; Джеффри, Алан (2015) [октябрь 2014 г.]. Цвиллингер, Дэниел; Молл, Виктор Гюго (ред.). Таблица интегралов, рядов и произведений . Перевод Scripta Technica, Inc. (8-е изд.). Academic Press, Inc. ISBN  978-0-12-384933-5 . LCCN   2014010276 .