- •Глава 1. НЕОПРЕДЕЛЁННЫЙ ИНТЕГРАЛ
- •1.1. Понятие неопределенного интеграла и его свойства
- •1.2. Непосредственное интегрирование
- •1.3. Интегрирование способом подстановки
- •1.5. Интегрирование функций, содержащих квадратный трёхчлен
- •1.6. Интегрирование рациональных дробей
- •1.7. Интегрирование тригонометрических функций
- •1.8. Интегрирование иррациональных функций
- •Глава 2. ОПРЕДЕЛЁННЫЙ ИНТЕГРАЛ
- •2.1. Приёмы вычисления определённого интеграла
- •2.2.1. Геометрические приложения определенного интеграла
- •Площадь криволинейной трапеции
- •Длина дуги кривой
- •Объём тела вращения
- •Площадь поверхности вращения
- •2.2.2. Физические приложения определенного интеграла
- •Масса стержня
- •Работа при протекании различных процессов
- •Путь, пройденный телом
- •Координаты центра тяжести плоской фигуры
- •Сила давления жидкости
- •2.3. Несобственные интегралы
- •Разноуровневые задания
- •Задания репродуктивного уровня
- •Задания реконструктивного уровня
- •Задания творческого уровня
- •Расчетно-графическая работа
- •Тестовые задания
- •Критерии оценки знаний и умений по разделу «Интегральное исчисление функции одной действительной переменной»
- •Ответы
- •Библиографический список
8) Воспользуемся тригонометрической формулой преобразования произведения в сумму, получим
∫ sin 2x sin 3xdx = 12 ∫ (cos(−x) − cos5x)dx = 12 ∫ cos xdx − 101 ∫ cos5xd(5x) = = 12 sin x − 101 sin 5x + C.
Задачи для самостоятельной работы
Проинтегрировать:
96. ∫ |
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dx |
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97. ∫ |
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dx |
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. |
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98. ∫ |
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1+ sin x |
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dx . |
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sin x(1+ cos x) |
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4sin x + 3cos x |
+5 |
4 − 5sin x |
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99. ∫ |
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cos |
3 |
x |
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dx . |
100. |
∫ |
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sin xdx |
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. |
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101. |
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∫ sin x |
+ sin |
3 |
x dx . |
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sin2 x + |
6cos2 |
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sin2 x + sin x |
x |
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cos 2x |
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102. ∫ sin5 xdx . |
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103. ∫ cos5 2x sin3 2x dx . |
104. |
∫ sin3 xdx . |
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И |
cos8 |
x |
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4 |
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4 |
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dx |
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105. |
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∫ cos |
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3xdx . |
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106. |
∫ tg |
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xdx . |
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107. |
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∫ |
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. |
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sin2 x cos4 |
x |
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dx |
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sin5 xdx |
. Д110. |
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108. ∫ |
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. |
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109. ∫ |
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∫ ctg3/ 2 xdx . |
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4 |
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3 |
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3 |
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2 |
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sin |
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x cos |
x |
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sin |
4 |
x |
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cos x |
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111. ∫ sin 3x cos7xdx . |
112. |
∫ sin 2Аx sin 9xdx . |
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113. |
∫ cos3x cos5x cos8xdx . |
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б |
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1.8. Интегрирование иррациональных функций |
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и |
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1) Если корни в подынтегральном выражении имеют вид |
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С n |
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, q x p , g xs , |
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xm |
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|||||||||||||||||
то с помощью подстановки x = tk , где k |
− наименьшее общее кратное |
показателей корней, т.е. чисел n, q, g , подынтегральное выражение преобразуется в рациональную дробь.
2) Интегралы вида ∫ R(x, nax + b)dx преобразуются в интегралы от рациональных дробей с помощью подстановки ax + b = tn .
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n |
ax + b |
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3) |
Интегралы |
вида |
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∫ R x, |
|
|
cx + d |
dx рационализируются с |
||||||||||
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|
|
|
||||||
помощью подстановки |
ax + b = tn . |
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||||||||||
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4) Интегралы вида |
cx + d |
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а) ∫ R(x, |
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)dx ; |
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a2 − x2 |
||||||||
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б) ∫ R(x, |
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|
)dx ; |
|||||
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x2 + a2 |
|||||||
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|
в) ∫ R(x, |
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|
)dx |
|||||
|
|
|
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|
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|
x2 − a2 |
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интегрируются с помощью тригонометрических подстановок: |
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а) |
x = a sin t или x = a cos t ; |
|
|
|
|
|
б) x = a tgt или x = a ctgt ; |
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в) |
x = |
a |
или x = |
a |
. |
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cost |
sin t |
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Д |
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Примеры решения задач |
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А |
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И2x + |
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|
x |
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− |
2 |
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|
dx ; |
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|
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2x − 3 |
|
dx ; |
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Проинтегрировать: |
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1) |
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∫ |
x(3 |
x |
+1) |
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2) |
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∫ |
34 |
2x − 3 |
+ 4 |
(2x − 3)3 |
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б |
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6 |
||||||||||||
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dx |
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4 |
− x2 |
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dx |
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||||||||||
3) ∫ |
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|
x − 2 |
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; 4) |
∫ |
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dx ; 5) ∫ |
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. |
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2 |
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||||||||||||||||||||||
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x + 2 |
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x |
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и |
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+ |
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2 |
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3 |
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x |
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(4 |
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x |
) |
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Решение: 1) Здесь x входит в |
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подынтегральную |
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функцию |
с |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
показателями корней 2 |
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3. Поэтому применяем подстановку x = t |
, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
откуда |
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|||||
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x = t6 |
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t3 − 2 |
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t3 − 2 |
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|||||||||||||||||||
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x − 2 |
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∫ |
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dx = |
|
dx |
= 6t |
5 |
dt |
= ∫ |
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6t |
5 |
dt = 6∫ |
dt . |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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3 |
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6 |
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2 |
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3 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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x( |
|
x +1) |
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t |
(t |
+1) |
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t |
+ t |
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t = 6 |
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x |
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С |
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Получился интеграл от рациональной дроби. Выделяем целую |
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часть, имеем |
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|||||||
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t3 − 2 |
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t + 2 |
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t + 2 |
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6∫ |
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3 |
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dt |
= 6∫ 1 |
− |
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dt = 6 t − ∫ |
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dt . |
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t |
+ t |
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t |
3 |
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t |
(t |
2 |
+1) |
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+ t |
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Для |
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нахождения |
последнего |
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интеграла |
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разложим |
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подынтегральную функцию на простейшие дроби |
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t + 2 |
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|
= |
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A |
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+ |
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Bt + C |
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, |
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t(t2 +1) |
|
t |
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t2 +1 |
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28
откуда t + 2 = A(t2 +1) + (Bt + C)t .
Сравнивая коэффициенты при одинаковых степенях t , находим
A = 2; B = −2; C = 1. Следовательно, |
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t + 2 |
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dt |
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1− 2t |
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dt |
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6 t − ∫ |
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dt |
= 6 t − |
2∫ |
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− |
∫ |
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2 |
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dt |
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= 6 t − 2ln |
t |
− ∫ |
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+ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
t(t |
2 |
+ |
1) |
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t |
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t |
+1 |
t |
2 |
+1 |
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2tdt |
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d(t2 +1) |
= 6[t − 2ln |
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+ ∫ |
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= 6 t − 2ln |
t |
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|
− arctgt + |
∫ |
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2 |
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t |
− arctgt + |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
t |
2 |
|
+ |
|
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|
t |
+ |
1 |
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1 |
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+ ln |
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t2 +1 |
|
]+ C = 6[6 |
|
|
− 2ln 6 |
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|
− arctg6 |
|
|
+ ln(3 |
|
|
+1)]+ C. |
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x |
x |
x |
x |
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2) Полагая 2x − 3 = t4 , имеем |
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2x − 3 = t4 |
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t4 + |
3 + t2 |
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2x + 2x − 3 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∫ |
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dx = |
|
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x = (t |
4 |
|
+ 3) / 2 |
= ∫ |
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2t |
3 |
dt = |
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3t |
+ t3 |
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|
4 |
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4 |
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|
3 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
2x |
− 3 + |
(2x |
− 3) |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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dx = 2t3dt |
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t6 |
|
+ t4 + 3t2 |
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4 |
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2 |
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27 |
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||||||||||||||||||||||
= 2∫ |
|
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dt = 2∫ |
t |
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|
− 2t |
|
+ 9 |
− |
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dt = |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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3 + t2 |
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|
3 + t2 |
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И |
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||||||||||||||||||||||||||||||||
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5 |
|
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3 |
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||||||||||||||||
|
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|
2t |
|
|
|
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27 |
|
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|
|
|
|
t |
|
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|
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|
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|||||||||||||||||||||
|
|
|
t |
|
|
− |
|
|
+ 9t − |
|
|
arctg |
|
|
|
|
|
|
+ C, где |
|
t |
= |
4 |
|
|
|
2x − 3 . |
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 2 |
|
|
5 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
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|
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|
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|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
3) Положим |
x − 2 |
= t2 , откуда |
|
x = |
2(1+ t2 ) |
; |
dx = |
|
|
8tdt |
|
|
. |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
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|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x + 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1− t |
) |
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
1− t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
x − 2 |
|
|
|
dx |
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
8t |
2 |
|
|
|
|
|
|
1− t |
2 |
|
dt = 4∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x + 2 |
|
|
|
|
|
|
и |
|
) |
|
|
|
|
2(1+ t |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1− t |
|
)(1+ t ) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
x |
|
|
|
|
|
(1 |
− t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Для |
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вычисления |
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полученного |
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интеграла |
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|
представим |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
подынтегральную дробь в виде |
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С |
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t |
2 |
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1 (1+ t2 ) − (1− t2 ) |
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= |
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. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||
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Таким образом, |
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(1− t2 )(1+ t2 ) |
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2 |
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(1− t2 )(1+ t2 ) |
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t |
2 |
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(1+ t |
2 |
) − (1− t |
2 |
) dt = 2 |
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1 |
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1 |
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4 |
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dt |
= 2 |
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− |
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dt |
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∫ |
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2 |
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2 |
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∫ |
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2 |
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2 |
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2 |
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2 |
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|
(1− t |
|
)(1+ t |
) |
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(1− t |
)(1 |
+ t |
) |
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∫ |
|
(1− t |
) |
|
|
|
(1 |
+ t |
) |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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= ln 11+− tt − 2arctgt + C, где t = xx −+ 22 .
4) Положим x = 2sin t . Тогда dx = 2 cos tdt ,
29
4 − x2 = 4 − 4sin2 t = 4cos2 t . Имеем
|
|
4 − x2 |
|
|
|
4cos2 t |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
∫ |
|
|
|
dx = ∫ |
|
|
|
2costdt = ∫ ctg |
|
tdt = ∫ |
|
−1 |
= −ctgt − t + C. |
|
x2 |
|
(2sin t)2 |
|
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|||||||
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sin2 t |
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/ 2)2 |
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|
4 − x2 |
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|
Так как sin t = |
|
x |
|
, то ctg t |
|
= |
|
cost |
|
|
= |
|
|
|
1− sin2 t |
= |
|
1− (x |
= |
; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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2 |
|
|
|
|
sin t |
|
|
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|
|
sin t |
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x / 2 |
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|
x |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
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|
|
|
|
x |
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|||||||||||||||||||||
t = arcsin |
|
|
. Поэтому |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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2 |
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|||
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∫ |
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4 − x2 |
|
dx = − |
|
4 − x |
2 |
|
− arcsin |
|
x |
+ C. |
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x2 |
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x |
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2 |
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2dt |
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|||||||||||||
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5) Полагаем x = 2tgt . Откуда dx = |
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; |
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cos2 t |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||
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И |
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||||||||||
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3 |
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4 |
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2 |
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||||||||||||||
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|
x2 + 4 |
= |
|
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|
4tg2t + 4 = |
|
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|
= |
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|
. Следовательно, |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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cos2 t |
cost |
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|
2dt |
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||||||||||||||||||||||
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dx |
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= 1 ∫ costdt |
|
= 1 sin t + C = 1 |
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tgt |
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|
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|
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|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∫ |
|
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|
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|
|
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
cos2 t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ C = |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
(4 + x2 )3 |
|
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|
|
(2 / cost) |
|
|
|
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|
4 |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
1+ tg2t |
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
4 |
|
|
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|
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|
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 1 |
|
|
|
|
|
|
x / 2 |
|
|
|
+ C = |
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
+ C. |
|
|
Д |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
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4 1+ (x / 2)2 |
|
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|
|
б |
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|
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|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
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|
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4 4 |
+ x2 |
|
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|
и |
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|
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|
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||||||||||||||
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|
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|
Задачи для самостоятельной работы |
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Проинтегрировать: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
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|
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|
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|
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dx |
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114. ∫ |
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. |
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115. ∫ |
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. |
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116. ∫ |
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x + 9 |
dx . |
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3 |
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3 |
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x |
+ |
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x |
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x − 2 |
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x |
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x |
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3 |
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+ 2С |
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x2dx |
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dx |
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x |
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x |
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117. ∫ |
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dx . |
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118. ∫ |
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119. ∫ |
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x2 . |
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(4 |
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)6 |
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(4x − 3) |
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x + 5 |
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+ 6 |
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x5 |
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4x − 3 |
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x |
x |
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x2 + 4 |
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dx . |
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x2 − 9 |
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dx . |
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120. ∫ |
|
4x − 5 |
dx . |
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121. ∫ |
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122. ∫ |
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x +1 |
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x2 |
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x |
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dx |
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124. ∫ x3 |
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dx . |
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123. ∫ |
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x2 − 25 |
dx . |
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125. ∫ |
25 − x2 |
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x2 x2 +16 |
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126. ∫ |
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x2dx |
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(x2 +16)5 |
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