- •В. Г. Шершнев математический анализ
- •Часть 2. Интегральное исчисление
- •Оглавление
- •Календарно-тематический план Распределение часов по темам и видам работ
- •Глава 4. Неопределенный интеграл
- •4.1. Определение неопределенного интеграла
- •4.3.2. Метод замены переменной
- •4.2. Свойства неопределенного интеграла
- •4.3. Методы интегрирования
- •4.3.1. Метод непосредственного интегрирования
- •4.3.3. Интегрирование функций, содержащих квадратный трехчлен
- •4.3.4. Метод интегрирования по частям неопределенных интегралов
- •4.3.5. Интегрирование дробно-рациональных функций
- •4.3.6. Об интегрировании простых дробей
- •4.3.7. Интегрирование иррациональных функций
- •4.3.8. Интегрирование тригонометрических функций
- •4.3.9. Интегрирование иррациональных функций с помощью тригонометрических подстановок
- •4.4. Об интегрировании в конечном виде
4.3.3. Интегрирование функций, содержащих квадратный трехчлен
Рассмотрим интегралы четырех типов.
I.
Интеграл вида
.
Необходимо в знаменателе выделить
полный квадрат. Затем после замены
переменной интеграл примет вид табличного
интеграла.


Пример
4.17.
.
Пример 4.18.
.
II.
Интеграл вида
.
Данный интеграл сводится к интегралу
первого типа. Для этого в числителе
подынтегральной функции нужно сформировать
производную квадратного трехчлена,
стоящего в знаменателе. Найдем производную
.
Затем интеграл разбить на сумму двух
интегралов, первый из которых равен
логарифму квадратного трехчлена, а
второй является интегралом первого
типа.

.
Пример
4.19.


.
III.
.
Также как в интеграле первого типа, в
квадратном трехчлене выделим полный
квадрат, а затем сделаем замену переменной.


IV.
.
Данный интеграл сводится к интегралу
третьего типа. Для этого в числителе
подынтегральной функции нужно сформировать
производную квадратного трехчлена
,
стоящего под корнем в знаменателе.
Интеграл разбить на сумму двух интегралов,
первый из которых равен квадратному
корню, а второй является интегралом
третьего типа.

+
.
Пример
4.19.

![]()
.
Пример 4.20.

.
4.3.4. Метод интегрирования по частям неопределенных интегралов
Пусть
и
дифференцируемые функции. Известно,
что
.
Найдем неопределенные интегралы от функций, стоящих в левой и правой частях этого равенства, получим
.
Используем третье и пятое свойства интегралов, получим
.
Отсюда получается формула, которая называется формулой интегрирования по частям
.
Для лучшего запоминания запишем эту формулу в виде
.
Следовательно,
если подынтегральное выражение можно
разбить на
и
так, что можно найти
и
,
то исходный интеграл можно свести к
нахождению другого интеграла, который
возможно находится проще.
Имеются некоторые общие соображения о применении этого метода.
Так, если подынтегральная функция содержит произведение многочлена
![]()
и одной из следующих функций:
,
то
такие функции нужно принять за
,
а многочлен включить в
(
).
Пример
4.21.


.
Если
же под интегралом имеется произведение
многочлена
и одной из функций:
,
то
за
нужно принять многочлен
,
а за
все остальное подынтегральное выражение.
При этом если степень многочлена больше
единицы, то интегрирование по частям
необходимо повторить столько раз, какова
степень многочлена.
Пример
4.22.

.
Если
под интегралом имеется произведение
функции
или
на тригонометрическую функцию
или
,
то в результате двукратного интегрирования
по частям получается уравнение
относительно исходного интеграла
(интеграл возвращается к первоначальному
виду). Такие интегралы называются
«возвратными».
Пример
4.23.


.
Получили уравнение относительно исходного интеграла
.
Отсюда
.
Пример
4.24.


.
Отсюда получаем
.
4.3.5. Интегрирование дробно-рациональных функций
Пусть
требуется найти неопределенный интеграл
вида
,
где
и
.
Если
степень n
многочлена,
стоящего в числителе, больше степени
m,
многочлена, стоящего в знаменателе, т.
е.
,
то необходимо в первую очередь выделить
целую часть. Для этого можно использовать
деление уголочком.
|
Например, пусть имеется неправильная дробь
Делим
и получаем
|
|
Если
дробь
правильная, т. е.
,
то многочлен
,
стоящий в знаменателе, нужно разложить
на множители вида
и
,
где
m
и n
степени кратности множителей. Здесь
предполагается, что квадратный трехчлен
не имеет вещественных корней. При
разложении дроби
на сумму простых дробей каждому множителю
будет соответствовать столько слагаемых,
какова его степень. Например,

.
Для
того чтобы найти постоянные коэффициенты
![]()
в
данном разложении, необходимо сумму
дробей привести к общему знаменателю
и приравнять многочлены, стоящие в
числителях левой и правой частей. Для
нахождения коэффициентов составляется
система линейных уравнений. При этом
возможно использовать два способа. В
одном из них приравниваются коэффициенты
при одинаковых степенях переменной х
в многочленах левой и правой частей. В
другом способе приравниваются значения
многочленов при каких-либо специально
выбранных значениях х.
Возможно также совместное применение
этих способов.
Пример
4.25. Найти
интеграл
.
Разложим подынтегральную функцию на простые дроби
.
Приведем сумму простых дробей к общему знаменателю

Приравниваем числители дробей
![]()
.
.
Приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях х многочленов левой и правой частей, получаем систему и решаем ее.

Получаем решение системы
,

.
Находим интеграл


.
Пример
4.26. Найти
интеграл
.
Разлагаем подынтегральную функцию на простые дроби
.
Приравниваем числители дробей
.
Составляем систему для нахождения неопределенных коэффициентов.
В последнее равенство подставляем различные значения х, получаем

Находим интеграл

.

.
