Biết $\int\limits_1^2 {\frac{x}{{3x + \sqrt {9{x^2} - 1} }}} {\rm{d}}x = a + b\sqrt 2 + c\sqrt {35} $ với $a, b, c$ là các số hữu tỷ, tính $P = a + 2b + c - 7$
Hướng dẫn giải (chi tiết)
Ta có: $\int\limits_1^2 {\frac{x}{{3x + \sqrt {9{x^2} - 1} }}} {\rm{d}}x = \int\limits_1^2 {x\left( {3x + \sqrt {9{x^2} - 1} } \right)} {\rm{d}}x = \int\limits_1^2 {\left( {3{x^2} - x\sqrt {9{x^2} - 1} } \right){\rm{d}}x} $
$ = \int\limits_1^2 {3{x^2}{\rm{d}}x} - \int\limits_1^2 {x\sqrt {9{x^2} - 1} {\rm{d}}x} = \left. {{x^3}} \right|_1^2 + \int\limits_1^2 {x\sqrt {9{x^2} - 1} {\rm{d}}x} = 7 + \int\limits_1^2 {x\sqrt {9{x^2} - 1} {\rm{d}}x} $
Tính $\int\limits_1^2 {x\sqrt {9{x^2} - 1} {\rm{d}}x} $
Đặt $t = \sqrt {9{x^2} - 1} \Rightarrow 9{x^2} - 1 = {t^2} \Rightarrow x{\rm{d}}x = \frac{{t{\rm{d}}t}}{9}$
Đổi cận $x = 1 \Rightarrow t = 2\sqrt 2 ;\,x = 2 \Rightarrow t = \sqrt {35} $
Khi đó: $\int\limits_1^2 {x\sqrt {9{x^2} - 1} {\rm{d}}x} = \int\limits_{2\sqrt 2 }^{\sqrt {35} } {t\frac{{t{\rm{d}}t}}{9} = \left. {\frac{{{t^3}}}{{27}}} \right|_{2\sqrt 2 }^{\sqrt {35} }} = \frac{{35}}{{27}}\sqrt {35} - \frac{{16}}{{27}}\sqrt 2 $
Vậy $\int\limits_1^2 {\frac{x}{{3x + \sqrt {9{x^2} - 1} }}} {\rm{d}}x = 7 - \frac{{35}}{{27}}\sqrt {35} + \frac{{16}}{{27}}\sqrt 2 $
$a = 7;\,b = \frac{{16}}{{27}};\,c = - \frac{{35}}{{27}}$
Vậy $P = a + 2b + c - 7 = 7 + \frac{{32}}{{27}} - \frac{{35}}{{27}} - 7 = - \frac{1}{9}$