Biết \(\int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{1}{{1 + \tan x}}dx = a\pi + b\ln 2} \) với \(a,\,\,b\) là các số hữu tỉ. Tính tỷ số \(\dfrac{a}{b}\). A.\(\dfrac{1}{2}\) B.\(\dfrac{1}{6}\) C.\(\dfrac{1}{4}\) D.\(\dfrac{1}{3}\)
Phương pháp giải: - Sử dụng công thức \(\tan x = \dfrac{{\sin x}}{{\cos x}}\), quy đồng. - Phân tích \(\cos x = A\left( {\sin x + \cos x} \right) + B\left( {\cos x - \sin x} \right)\), sử dụng phương pháp đồng nhất tìm hệ số \(A,\,\,B\). - Sử dụng các nguyên hàm cơ bản: \(\int {dx} = x + C,\,\,\int {\dfrac{{dx}}{x}} = \ln \left| x \right| + C\). Giải chi tiết:Ta có \(I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{1}{{1 + \tan x}}dx} = \int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{{\cos x}}{{\sin x + c{\rm{os}}x}}dx} \). Đặt \(\cos x = A\left( {\sin x + \cos x} \right) + B\left( {\cos x - \sin x} \right)\) \( \Leftrightarrow \cos x = \left( {A - B} \right)\sin x + \left( {A + B} \right)\cos x\) Đồng nhất hệ số ta được: \(\left\{ \begin{array}{l}A - B = 0\\A + B = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}A = \dfrac{1}{2}\\B = \dfrac{1}{2}\end{array} \right.\) \( \Rightarrow \cos x = \dfrac{1}{2}\left( {\sin x + \cos x} \right) + \dfrac{1}{2}\left( {\cos x - \sin x} \right)\). Khi đó ta có: \(\begin{array}{l}I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{{\dfrac{1}{2}\left( {\sin x + \cos x} \right) + \dfrac{1}{2}\left( {\cos x - \sin x} \right)}}{{\sin x + \cos x}}dx} \\I = \dfrac{1}{2}\int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{{\sin x + \cos x}}{{\sin x + \cos x}}dx + } \dfrac{1}{2}\int\limits_0^{\dfrac{\pi }{4}} {\dfrac{{\cos x - \sin x}}{{\sin x + \cos x}}dx} \\I = \dfrac{1}{2}\int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {dx} + \dfrac{1}{2}\int\limits_0^{\frac{\pi }{4}} {\dfrac{{\left( {\sin x + \cos x} \right)'}}{{\sin x + \cos x}}dx} \\I = \dfrac{1}{2}\left. x \right|_0^{\frac{\pi }{4}} + \dfrac{1}{2}\left. {\ln \left| {\sin x + \cos x} \right|} \right|_0^{\frac{\pi }{4}}\\I = \dfrac{1}{2}.\dfrac{\pi }{4} + \dfrac{1}{2}\ln \sqrt 2 = \dfrac{\pi }{8} + \dfrac{1}{4}\ln 2\\ \Rightarrow a = \dfrac{1}{8},\,\,b = \dfrac{1}{4}\end{array}\) Vậy \(\dfrac{a}{b} = \dfrac{1}{8}:\dfrac{1}{4} = \dfrac{1}{2}\). Chọn A.