Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
_er_er_files_book894_book.pdf
Скачиваний:
182
Добавлен:
12.03.2015
Размер:
1.3 Mб
Скачать

D + A = 3

 

 

 

 

 

D = 3 A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3D + E = 0

 

 

 

 

E = −9 + 3A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B + 2D + 3E + 4A = 14

B + 6 2A 27 + 9A + 4A = 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3B

+ C + 6D + 2E = 7

3B + C + 18 6A 18 + 6A = 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 6E + 4A

= 15

 

 

 

+ 18A + 4A = 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3C

 

3C 54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D = 3 A

 

 

 

D = 3 A

 

 

 

A = 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = −9 + 3A

 

 

E = −9 + 3A

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35 B

 

 

 

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B + 11A = 35

 

11A =

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3B + C = 7

 

 

C = 7

3B

 

 

D = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 22A

= 69

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3C

219B + 70 2B = 69

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда значение заданного интеграла:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

dx

 

+

2x + 1

2 dx

= 3

dx

+ 2

 

 

x

 

2 dx +

 

 

dx

 

 

= 3ln x + 3

 

 

1

+

x

+

3

(x

2

+ 2)

x + 3

(x

2

+ 2)

(x

2

+

2)

2

x

2

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

x

 

+

4

1

arctg

x

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4(x2 + 2)

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегрирование тригонометрических функций

Рассмотрим некоторые главнейшие типы функций, которые могут быть проинтегрированы всегда.

Интеграл вида R(sin x,cos x)dx .

Здесь R – обозначение некоторой рациональной функции от переменных sinx и cosx.

Интегралы этого вида вычисляются с помощью подстановки t = tg

x

. Эта подстановка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

позволяет преобразовать тригонометрическую функцию в рациональную.

 

 

 

 

2tg

x

 

 

2t

1tg

2 x

 

1

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

2dt

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x =

 

 

 

 

 

=

 

, cos x =

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

; x = 2arctgt;

 

dx =

 

 

 

;

 

2 x

1+ t 2

 

 

2 x

1

+ t 2

 

1

+ t

2

1+ tg

 

1+ tg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t

 

 

1t 2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом:

R(sin x,cos x)dx =

R

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

dt =

r(t)dt.

 

 

 

 

 

+ t 2

1+ t 2

1+ t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описанное выше преобразование называется универсальной тригонометрической подстановкой.

32

Пример.

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

2dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

1+ t 2

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

 

= 2

 

 

=

4sin x + 3cos x + 5

4

 

2t

 

+ 3

1t

2

+

5

8t + 3 3t

2

+ 5 + 5t

2

2t

2

+ 8t + 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dt

1+ t 2

1

+ t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

 

 

 

= −

 

 

 

 

+ C

= −

 

 

 

 

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

+ 4t + 4

(t

+ 2)

2

 

t

+

2

 

 

 

tg

x

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несомненным достоинством этой подстановки является то, что с ее помощью всегда можно преобразовать тригонометрическую функцию в рациональную и вычислить соответствующий интеграл. К недостаткам можно отнести то, что при преобразовании может получиться достаточно сложная рациональная функция, интегрирование которой займет много времени и сил.

Однако при невозможности применить более рациональную замену переменной этот метод является единственно результативным.

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

=

 

 

 

 

 

 

2dt

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2

 

 

dt

 

= 2

dt

 

=

9 + 8cos x + sin x

 

+ t 2 ) 9 +

8(1t

2

)

+

 

2t

 

 

t

2

+ 2t

+ 17

(t + 1)

2

+ 16

 

 

(1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ t

 

 

1+ t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

t + 1

 

 

1

 

 

 

tg

x

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

arctg

 

 

+ C

=

 

arctg

 

 

 

 

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл вида R(sin x,cos x)dx , если функция R является нечетной относительно cosx.

Несмотря на возможность вычисления такого интеграла с помощью универсальной тригонометрической подстановки, рациональнее применить подстановку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t = sinx, cos x = 1t 2 , x = arcsint ,

 

1t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos7

xdx

 

sin x = t

 

 

 

 

 

(1t

2 )3

 

 

 

 

 

1

3t 2 + 3t 4 t 6

 

 

dt

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= dt = cos xdx

=

 

 

 

 

 

 

dt =

 

 

 

 

dt =

 

 

3

 

 

+

sin

4

x

 

t

4

 

 

 

t

4

 

t

4

t

2

 

 

 

cos2 x = 1

sin2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 3dt t

2 dt = −

1

+

 

3

 

+ 3t

1

t 3

= −

 

 

1

 

 

 

+

 

3

+ 3sin x

sin3 x

+ C.

 

 

 

 

3

 

t

 

3sin

3

x

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3t

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Вообще говоря, для применения этого метода необходима только нечетность функции относительно косинуса, а степень синуса, входящего в функцию может быть любой, как целой, так и дробной.

Интеграл вида R(sin x,cos x)dx если функция R является нечетной относительно sinx.

33

По аналогии с рассмотренным выше случаем делается подстановка

t = cosx. sin x = 1t 2 x = arccos t dx = −

dt

 

1t 2

Интеграл вида R(sin x,cos x)dx функция R четная относительно sinx и cosx.

Для преобразования функции R в рациональную используется подстановка t = tgx.

Пример.

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

tgx = t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2

x

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

 

 

 

sin2 x + 6sin x cos x 16cos2 x

tg 2 x + 6tgx 16

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

=

 

 

dt

 

=

dt

 

=

 

1

ln

 

tgx + 3

5

 

+ C =

 

1

 

ln

 

tgx 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

+ 6t

16

(t + 3)

2

25

10

 

tgx + 3

+

5

 

10

 

 

tgx + 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= = d(tgx) = dt

+ C.

Интеграл произведения синусов и косинусов различных аргументов.

В зависимости от типа произведения применятся одна из трех формул:

cosmx cosnxdx =

1

[cos(m + n)x + cos(m n)x]dx =

1 sin(m + n)x

+

 

sin(m n)x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

m + n

 

 

 

 

 

 

m n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin mx cosnxdx =

 

1

 

[sin(m

+ n)x + sin(m n)x]dx =

1

 

 

cos(m + n)x

 

 

 

cos(m n)x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

m + n

 

 

 

 

 

 

 

m n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin mxsin nxdx =

1

 

[cos(m

+ n)x + cos(m n)x]dx =

1

 

 

 

sin(m + n)

 

 

 

 

sin(m n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

m + n

 

 

 

 

 

 

m n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример sin 7x sin 2xdx =

 

1

cos5xdx

1

cos9xdx =

 

1

 

sin 5x

 

1

 

 

sin 9x + C.

 

 

 

2

 

10

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin10x cos7x cos4xdx = sin10x[cos7x cos4x]dx =

 

1

 

 

sin10x cos11xdx +

 

1

sin10x cos3xdx =

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=14 sin 21xdx 14 sin xdx + 14 sin13xdx + 14 sin 7xdx = − 841 cos21x 14 cos x 521 cos13x

281 cos7x + C.

Иногда при интегрировании тригонометрических функций удобно использовать общеизвестные тригонометрические формулы для понижения порядка функций.

34

Пример

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

=

 

4dx

 

 

 

=

dctg2x

=

 

 

2

 

 

 

= −2ctg2x + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

2

x cos

2

x

 

sin

2

2x

 

dx

 

sin

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

Пример

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

sin

 

xdx

=

 

 

 

 

cos2x

dx =

 

 

(1

cos2x)

 

dx =

 

 

 

 

 

(12cos2x + cos

 

2x)dx =

 

 

 

2

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

dx

1

cos2xdx +

1

cos2 2xdx =

x

1

sin 2x +

1

 

1

(1+ cos4x)dx =

x

sin 2x

+

4

2

4

 

 

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

+

1

[

 

dx +

cos4xdx]=

x

sin 2x

+

x

+

sin 4x

=

1

 

3x

 

 

sin 2x +

sin 4x

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

8

 

 

 

 

 

32

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегрирование некоторых иррациональных функций

Далеко не каждая иррациональная функция может иметь интеграл, выраженный элементарными функциями. Для нахождения интеграла от иррациональной функции следует применить подстановку, которая позволит преобразовать функцию в рациональную, интеграл от которой может быть найден как известно всегда.

Рассмотрим некоторые приемы для интегрирования различных типов иррациональных функций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax + b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеграл вида R x,n

 

 

 

dx где n- натуральное число.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cx + d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью подстановки n

ax + b

= t

функция рационализируется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cx + d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax + b

 

 

 

 

 

t

n

b

 

 

 

 

 

 

 

n

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= t n ;

 

x =

 

;

 

 

dx

=

t

 

 

dt;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cx + d

 

 

 

 

 

 

a ct

 

 

 

 

 

 

 

ct

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

ax + b

 

 

 

t n

b

 

t n b

 

r(t)dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R x,n

 

dx =

R

 

 

 

n

,t

 

 

 

 

 

 

dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cx + d

 

 

 

a ct

 

a ct

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2dx

 

 

dx

 

 

 

2t

3

dt

 

 

t

2

dt

 

Пример

 

 

 

 

 

 

=

4

12x = t; dt =

 

 

=

 

=

 

 

= −2

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12x 4

 

 

 

4(4 1

2x )3

2t 3

t 2 t

t 1

 

 

 

 

 

12x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −2

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

t

 

dt = −t

2

 

 

 

 

+

1

 

 

= −t

2

2t 2ln t 1 + C =

 

 

 

 

 

 

t +

t

1

dt = −2tdt 2

t 1

 

21

t 1

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= − 12x 24 12x 2ln 4 12x 1 + C.

Если в состав иррациональной функции входят корни различных степеней, то в качестве новой переменной рационально взять корень степени, равной наименьшему общему кратному степеней корней, входящих в выражение.

Проиллюстрируем это на примере.

35