Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

zanyatie_KhT_1_7aprelya

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
11.02.2021
Размер:
58.39 Кб
Скачать

Занятие по математике для группы 1ХТ-19Д: 7 апреля

0.1Интегрирование по частям

Теорема 0.1 Пусть функции u, v дифференцируемы на промежутке X и существует ин-

теграл

v(x) u(x) dx. Тогда существует интеграл

u(x) v(x) dx и справедливо равен-

ство

 

u(x) v(x) dx = u(x) v(x)

 

 

 

 

v(x) u(x) dx

(0.1)

или, в терминах дифференциалов,

u dv = u v

v du.

(0.2)

С помощью формулы отыскание интеграла

u dv сводится к нахождению интеграла

v du. Это целесообразно, когда последний интеграл более простой,чем исходный.

Примеры.

1)x ln x dx.

Занесём x под дифференциал и применим формулу интегрирования по частям (0.2)

 

 

x2

 

 

x2

 

 

 

x2

 

 

x2

 

 

 

x2 1

x ln x dx = ln x d (

 

) =

 

ln x

 

d(ln x) =

 

 

ln x

 

 

 

dx =

2

2

2

2

2

x

 

 

 

 

x2

 

 

1

 

 

 

x2

 

1

x2 + c.

 

 

 

 

 

 

=

 

ln x

 

x dx =

 

ln x

 

 

 

 

 

 

 

(1 x) sin 2x dx.

2

2

2

4

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В этом интеграле под дифференциал занесём sin 2x и применим ту же формулу (0.2)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

(1 x) sin 2x dx = (1 x) d (

 

 

cos 2x) =

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x) (

1

cos 2x) ∫

 

1

 

 

 

 

1

 

1

cos 2x dx =

= (1

 

 

 

 

cos 2x d(1 x) =

 

(x 1) cos 2x

 

2

2

2

2

 

 

 

=

1

(x

1) cos 2x

1

sin 2x + c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

Полезно знать, какую именно функцию следует заносить под дифференциал. Обозначим

P (x) многочлен.

 

 

 

 

 

 

 

 

В интегралах

P (x)exdx,

P (x)axdx,

P (x) sin αx dx,

P (x) cos αx dx целесообраз-

 

x

, a

x

,

но под дифференциал заносить функции экспоненциального типа, то есть функции e

 

 

sin αx, cos αx соответственно.

1

Винтегралах, содержащих произведение многочлена и функции, обратной функции

∫ ∫

экспоненциального типа, P (x) ln x dx, P (x) arcsin x dx, P (x) arccos x dx, . . . под диф-

ференциал заносим многочлен P (x).

Заметим также, что формулу интегрирования по частям (0.2) при нахождении таких интегралов приходится применять столько раз, какова степень многочлена P (x).

Пример. (x2 + x 1) cos x dx.

 

 

 

Занесём cos x под дифференциал и возьмём интеграл по частям

 

(x2 + x 1) cos x dx = x2 + x 1 d(sin x) = (x2 + x 1) sin x

sin x d(x2 + x 1) =

= (x2 + x 1) sin x

sin x (2x + 1) dx =

 

После интегрирования по частям степень многочлена понизилась на 1, поэтому, если

занесём sin x под дифференциал в получившемся интеграле sin x (2x + 1) dx и применим ещё раз формулу (0.2) интегрирования по частям, то многочлен исчезнет, а исходный

интеграл сведётся к табличному интегралу

 

 

 

= (x2 + x 1) sin x (2x + 1) d( cos x) =

 

= (x2

+ x 1) sin x (2x + 1) ( cos x) +

cos x d(2x + 1) =

= (x2

+ x

1) sin x + (2x + 1) cos x 2

cos x dx =

= (x2

+ x

1) sin x + (2x + 1) cos x 2 sin x + c.

Интегралы от логарифма и обратных тригонометрических функций берутся "по частям"

сразу.

 

 

 

 

 

Пример.

ln x dx = x ln x

x d(ln x) = x ln x

1

dx = x ln x x + c.

x

 

x

Иногда удаётся найти интеграл двойным применением формулы интегрирования по ча-

стям и решением затем уравнения относительно исходного интеграла.

 

 

Пример.

ex sin x dx.

 

 

x

или sin x, мы занесём под дифференциал.

Здесь не имеет значения, какую из функций, e

 

Возьмём для этой цели ex как более простую в интегрировании

 

 

ex sin x dx = sin x d(ex) = sin x ex

ex d(sin x) = sin x ex

ex cos x dx =

Ещё раз занесём ex под дифференциал

 

 

 

 

 

 

 

= sin x ex

cos x d(ex) = sin x ex cos x ex

ex d(cos x) =

 

= ex (sin x cos x) +

ex sin x dx

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Обозначим I =

ex sin x dx, тогда

 

 

 

 

 

 

I = ex(sin x cos x) I,

выражаем из этого уравнения I

 

 

 

 

 

 

I =

1

ex(sin x cos x).

 

 

 

Следовательно, I =

2

ex sin x dx =

1

ex(sin x cos x) + c.

 

2

В следующем примере будет получена рекуррентная формула для вычисления интегра-

ла

dx

, которая окажется впоследствии полезной.

(x2 + 1)n

Пример. Вычислим интеграл

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, n 2 N, n > 1, который обозначим Kn. Сразу

(x2 + 1)n

применим формулу (0.2) интегрирования по частям

 

 

 

 

 

 

x

x d (

1

) =

 

x

 

 

 

Kn =

 

 

 

 

 

 

 

x ( n)(x2 + 1)−n−12x dx =

 

(x2 + 1)n

(x2 + 1)n

(x2 + 1)n

 

 

 

x

+ 2n

 

 

x2

 

x

x2 + 1 1

 

=

 

 

 

 

 

dx =

 

 

+ 2n

 

dx =

 

(x2 + 1)n

(x2 + 1)n+1

(x2 + 1)n

(x2 + 1)n+1

 

 

 

x

 

 

 

dx

 

dx

 

 

 

 

=

 

 

+ 2n

 

 

2n

 

 

.

 

 

 

 

(x2 + 1)n

 

(x2 + 1)n

(x2 + 1)n+1

 

 

 

Получаем, что Kn =

x

+ 2nKn

2nKn+1. Выразим интеграл Kn+1

из этого уравне-

(x2 + 1)n

ния

 

 

1

 

 

x

 

2n 1

 

 

 

Kn+1 =

 

 

+

Kn.

(0.3)

 

2n (x2 + 1)n

 

 

 

 

 

2n

 

Полученная рекуррентная формула (0.3) позволяет свести вычисление интеграла Kn+1 к вычислению интеграла Kn. Зная интеграл K1 = arctg x по этой формуле при n = 1 найдём K2 и т.д.

Пример. Вычислим K3 =

 

 

 

 

 

dx

 

 

, воспользовавшись рекуррентной формулой (0.3).

(x2 + 1)3

Полагая в этой формуле n = 2, мы получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K3 = K2+1 =

 

1

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

+

2 2 1

 

K2

=

 

x

+

 

3

K2,

2 2 (x2 + 1)2

 

2 2

4(x2 + 1)2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K2 = K1+1 =

1

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

+

 

2 1 1

K1

=

 

x

 

+

1

K1,

2 1 (x2 + 1)1

 

 

 

2(x2 + 1)

2

 

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K1 = arctg x + c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив K1 в K2 и затем K2 в K3, будем иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

arctg x + c.

 

 

 

 

 

 

4(x

2

+ 1)

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8(x + 1)

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература дополнительно: [?], c.110;[?], c. 180-182; [?], c. 191-195; [?], c.31 - 35.

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задания для аудиторной работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применяя формулу интегрирования по частям, найти интегралы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. (x + 1) cos x dx.

2.

x sin x dx.

 

 

3. (6 x) sin x dx.

4.

x2 cos x dx.

5.

x sin 4x dx.

 

 

6.

x cos 3x dx.

7. (2x + 1) sin

x

8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. (x2 + 3x) cos 3x dx.

 

dx.

x cos (2x + φ0) dx.

4

10.

x exdx.

11. (1 x2)exdx.

12. (2x + 5) e−xdx.

13.

 

x

 

 

 

 

14.

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

15.

x3 e−x

2

 

 

 

 

 

 

dx.

 

 

 

 

x2e 2 dx.

 

 

dx.

 

ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. x 4x dx.

17. ∫ (

 

 

 

 

 

 

)

3x dx.

18. (2 3x) 62x dx.

2

3

 

19. (x2 + 1) 5−xdx.

20. (4x + 1) ln x dx.

21.

x2 ln x dx.

 

px

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22.

 

ln x

dx.

23.

ln(x + 1 + x2) dx.

24.

ln2 x dx.

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.

arcsin xdx.

26.

arctg x dx.

 

 

27.

x arcsin xdx.

28.

x arctg x dx.

29.

x2 arctg 3x dx.

30.

e−x cos x dx.

31.

2x cos x dx.

32.

 

 

 

 

 

33.

e

 

 

dx.

sin(ln x) dx.

 

 

x

34.

 

x

 

 

 

 

35.

 

4x + 3

 

 

 

 

 

 

 

36.

 

ln2 x

 

 

 

 

 

 

 

dx.

 

 

dx.

 

 

 

 

 

dx.

 

sin2 x

cos2 8x

 

 

x2

37.

 

ln (ln x)

38.

 

arcsin x

 

 

39.

 

arcsin p

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

dx.

 

 

 

 

 

dx.

 

 

 

p

 

 

dx.

 

 

 

x

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

40.

 

sin2 x

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Найти интегралы.

1. (x 6) sin x dx.

4. x (cos x sin 2x) dx.

7. x4 lg x dx.

10.

x 3x dx.

(x 1)2 ln x dx.

13.

16.

arctg p

 

 

dx.

x

19.

 

p

x3

 

 

dx.

 

1 + x2

Домашнее задание.

 

 

 

 

 

 

2. (1 3x) cos x dx.

3.

x2 cos x dx.

5.

x4 ln x dx.

6.

 

ln x

 

 

 

dx.

 

x3

8. (2 x) e3x dx.

9.

x2ex+1 dx.

11.

ln(1 + x2) dx.

12.

 

x2 ln(x + 1) dx.

14.

 

x

15.

 

 

 

x

 

 

dx.

 

 

 

dx.

 

cos2 x

 

sin2 2x

17.

e2x cos x dx.

18.

 

4x sin x dx.

20.

x2 cos2 x dx.

21.

 

(arctg x)2 x dx.

5

Соседние файлы в предмете Высшая математика