Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебник Математический Анализ Конев.pdf
Скачиваний:
207
Добавлен:
16.03.2015
Размер:
2.15 Mб
Скачать

3.6.4. Примеры и упражнения

Пример 1. Вычислить интеграл xx34+91xdx .

Решение.

1)Выделяем целую часть рационального выражения:

x4 +1 = x + 9x2 +1 .

x3 9x x3 9x

2)Разлагаем знаменатель на множители:

x3 9x = x(x2 9) = x( x 3)( x +3) .

3)Представляем дробь 93x2 +1 в виде суммы простых дробей:

x9x

9x2 +1

=

A

+

B

+

C

.

 

 

 

 

 

 

 

x(x 3)(x +3)

x

 

x 3

x +3

 

 

 

 

4) Для нахождения коэффициентов A, B и C преобразуем последнее выражение к виду

9x2 +1 = A(x 3)(x +3) + Bx(x +3) +Cx(x 3) .

5) Определяем коэффициенты A, B и C, придавая переменной x различные значения:

 

x = 0

 

 

 

 

 

 

 

1 = −9A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = −1 9 ;

 

x = 3

 

 

 

 

 

 

 

82 =18B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = 41 9 ,

 

x = −3

 

 

 

 

 

 

 

82 =18c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C = 41 9 .

6) Записываем искомое разложение дроби

 

 

9x2

+1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 9x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9x2 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

=

1

(

1

+

 

 

41

 

 

 

 

+

 

 

41

) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

9x

 

 

9

x

x

 

3

x + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

Записываем подынтегральную функцию в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

4 +1

= x +

 

9x2 +1

= x +

 

1

 

(

1

+

 

 

41

 

 

+

 

41

) .

 

 

 

 

x3

9x

 

x3 9x

 

9

 

x

 

x

3

 

x + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8)

Используем свойства интегралов и таблицу интегралов:

 

 

x4 +1

dx

= ( x

 

 

1

+

 

41

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

41

 

 

)dx

 

 

 

 

x

3

9x

9x

9(x

3)

 

9(x + 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= xdx

1

dx

+ 41

(

 

 

 

 

dx

 

 

+

 

 

dx

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

x

3

 

x +

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

x2

 

1

 

ln | x | +

41

(ln | x

3 | +ln | x + 3 |) +C

 

 

 

 

 

 

 

2

 

9

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

x2

 

1

 

ln | x | +

41

ln | x

2

9 | +C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

9

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70

9)

Проверяем результат дифференцированием:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

1

 

41

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

82x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 2 9 ln | x | +

9 ln | x 9 |)

= x 9x + 9( x2 9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

9x2

(x2 9) ( x2 9) +82x

2

 

 

 

9x4 +9

 

 

x

4 +1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9x(x2 9)

 

 

 

 

9x( x2

9)

 

x3

9x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что завершает решение задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Вычислить интеграл

 

 

 

xdx

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

+2x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

Разлагаем знаменатель рационального выражения на множители:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

=

 

 

x

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +2x 3

 

( x 1)( x +3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

Представляем дробь

 

 

 

x

 

 

 

 

в виде суммы простых дробей:

(x 1)( x +3)

 

 

 

 

 

x

 

 

 

=

( x +3) +3(x 1)

 

= 1

(

 

 

1

 

+

3

 

) .

 

 

 

 

 

 

(x 1)( x +3)

4(x 1)( x +3)

 

x

1

x +3

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

4)Используем свойства интегралов и таблицу интегралов:

x2 +xdx2x 3 = 14 ( x 11 + x 3+3)dx

=14 (xdx1 +3xdx+3)

=14 (ln | x 1| +3ln | x +3 |)

=14 ln (x 1)( x +3)3 +C.

Проверка:

1

(ln

 

x 1

 

+3ln

 

x +3

 

=

1

(

1

 

+

3

)

 

 

 

 

 

 

 

4

4

x 1

x +3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

x +3 +3x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

( x 1)( x +3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

x

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( x 1)( x +3)

 

 

O.K.

( x 1)dx

Пример 3. Вычислить интеграл ( x2 +2x +5)2 .

71

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

Выделяем полный квадрат в знаменателе рационального выражения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +2x +5 = ( x +1)2 +4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

Делаем подстановку x +1 = t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = t 1,

 

 

 

 

dx = dt ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)dx

 

 

 

=

 

 

(t 2)dt

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

2

+2x +5)

2

 

(t

2

+

4)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

Представляем результат в виде разности двух интегралов:

 

 

 

 

 

 

(t 2)dt

 

=

 

 

 

 

 

tdt

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t

2

+4)

2

 

 

(t

2

+4)

2

 

(t

2

 

+

4)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

Первый из полученных интегралов вычисляем с помощью подстановки

z = t2 +4 , которая влечет tdt =

 

1 dz и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tdt

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

dz2

 

= −

 

 

1

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

(t

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

2z

3

 

2(t

2

+

4)

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

Оставшийся интеграл

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

вычисляем по формуле (37), полученной

 

(t

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с помощью рекуррентных соотношений (36):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

=

1

(

1 arctg

 

 

t

 

+

 

 

 

 

t

 

 

 

) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t

2

 

4)

2

8

2

 

t

2

+4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)dx

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

arctg

 

 

t

 

 

1

 

 

t

 

)

+C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( x

2

+2x +5)

2

 

2(t

2

+4)

3

8

 

2

 

 

4 t

2

+4

 

t=x+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t +2

 

 

 

 

1 arctg

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

+C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4(t2 +4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t=x+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +3

 

 

 

 

 

1 arctg

x +1

+C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4( x2 +2x +5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверьте правильность полученного результата дифференцированием.

Упражнения.

Вычислите интегралы от рациональных выражений 10–19:

10)

 

1

;

 

11)

 

1

;

 

4x2 9

 

x2

x 6

12)

 

5x 1

;

13)

 

x2

;

 

x(x2 x 6)

 

 

 

x2

x 6

72

14)

 

1

 

 

;

15)

x

 

 

;

(x 3)( x2 + 4)

(x 3)2 (x2 + 4)

16)

 

x +3

 

;

 

17)

x +3

;

 

 

x2

4x +8

 

x2 4x +4

 

 

18)

 

x +3

;

 

19)

x +3

 

.

 

 

 

 

 

(x2 4x +8)2

 

x2

4x +3

 

 

Проверьте результаты интегрирования дифференцированием.

73

Соседние файлы в предмете Математический анализ