Recurrence Integral 677Af5
1. مسئله: انتگرال $$I_n = \int \frac{1}{x^n \sqrt{ax+b}} \, dx$$ را به صورت رابطه بازگشتی بیابیم.
2. ابتدا تعریف کنیم: $$I_n = \int \frac{1}{x^n \sqrt{ax+b}} \, dx$$ که در آن $$n \in \mathbb{N}$$ و $$a,b$$ ثابت هستند.
3. برای یافتن رابطه بازگشتی، از روش جایگزینی و انتگرالگیری جزء به جزء استفاده میکنیم. ابتدا عبارت را به صورت زیر بازنویسی میکنیم:
$$I_n = \int x^{-n} (ax+b)^{-\frac{1}{2}} \, dx$$
4. مشتق عبارت زیر را در نظر میگیریم:
$$u = x^{-n+1}$$
$$dv = (ax+b)^{-\frac{1}{2}} dx$$
5. مشتق و انتگرال آنها:
$$du = -(n-1) x^{-n} dx$$
$$v = \int (ax+b)^{-\frac{1}{2}} dx = \frac{2}{a} \sqrt{ax+b}$$
6. طبق فرمول انتگرالگیری جزء به جزء:
$$I_n = uv - \int v \, du = x^{-n+1} \cdot \frac{2}{a} \sqrt{ax+b} + \int \frac{2}{a} \sqrt{ax+b} (n-1) x^{-n} dx$$
7. سادهسازی:
$$I_n = \frac{2}{a} x^{-n+1} \sqrt{ax+b} + \frac{2(n-1)}{a} \int x^{-n} \sqrt{ax+b} \, dx$$
8. توجه کنید که انتگرال دوم با $$I_{n-1}$$ متفاوت است، اما میتوان آن را به صورت رابطه بازگشتی بیان کرد. برای این منظور، از رابطه زیر استفاده میکنیم:
$$I_{n-1} = \int \frac{1}{x^{n-1} \sqrt{ax+b}} dx$$
9. با توجه به این نکته، رابطه بازگشتی به صورت زیر نوشته میشود:
$$I_n = \frac{2}{a} x^{-n+1} \sqrt{ax+b} + \frac{2(n-1)}{a} I_{n-1}$$
10. بنابراین، رابطه بازگشتی انتگرال $$I_n$$ بر حسب $$I_{n-1}$$ به دست آمد.
11. نکته مهم: برای استفاده از این رابطه، باید مقدار اولیه $$I_0$$ یا $$I_1$$ را محاسبه کنیم تا بتوانیم مقادیر بعدی را به دست آوریم.
نتیجه نهایی:
$$I_n = \frac{2}{a} x^{-n+1} \sqrt{ax+b} + \frac{2(n-1)}{a} I_{n-1}$$
که این رابطه بازگشتی برای انتگرال داده شده است.