- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •1. ФОРМУЛА ТЕЙЛОРА
- •1.1. Формула Тейлора для многочлена
- •1.2. Формула Тейлора для дифференцируемых функций
- •1.3. Формула Тейлора с остаточным членом в форме Лагранжа
- •1.4. Приложения формулы Тейлора
- •1.5. Примеры применения формулы Тейлора
- •1.6. Формулы приближенных вычислений
- •2. ФУНКЦИИ НЕСКОЛЬКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
- •2.1. Основные понятия
- •2.2. Пределы
- •2.3. Непрерывность
- •2.4. Частные производные
- •2.5. Полные дифференциалы
- •2.6. Дифференциалы высших порядков
- •2.7. Дифференцирование сложных функций
- •2.8. Дифференцирование неявных функций
- •2.9. Геометрическая интерпретация частных производных
- •2.11. Экстремумы функций двух переменных
- •3. НЕОПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНТЕГРАЛЫ
- •3.1. Первообразные
- •3.2. Понятие неопределенного интеграла
- •3.3. Свойства интегралов
- •3.4. Таблица интегралов
- •3.5. Методы интегрирования
- •3.5.1. Метод замены переменной
- •3.5.1.1. Занимательные и поучительные упражнения
- •3.5.1.2. Обобщение таблицы интегралов
- •3.5.1.3. Примеры применения метода
- •3.5.2. Некоторые важные интегралы
- •3.5.3. Интегрирование по частям
- •3.5.3.1. Занимательные упражнения
- •3.5.3.2. Примеры применения метода
- •3.5.3.3. Циклические интегралы
- •Расширенная таблица интегралов
- •3.6. Интегрирование рациональных функций
- •3.6.1. Основные понятия
- •3.6.3. Разложение на простые дроби
- •3.6.3.1. Основная идея метода
- •3.6.3.2. Правила разложения на простые дроби
- •3.6.3.3. Разложение многочлена на множители
- •3.6.3.4. Деление многочлена на многочлен
- •3.6.4. Примеры и упражнения
- •3.7. Интегрирование тригонометрических выражений
- •3.7.5. Универсальная тригонометрическая подстановка
- •3.7.6. Другие тригонометрические подстановки
- •3.8. Интегрирование выражений, содержащих радикалы
- •3.8.2.1. Тригонометрические подстановки
- •3.8.2.2. Гиперболические подстановки
- •3.9. Таблица наиболее важных интегралов
- •3.10. Примеры неберущихся интегралов
- •4. ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНТЕГРАЛЫ
- •4.1. Определение
- •4.2. Геометрическая интерпретация
- •4.3. Физическая интерпретация
- •4.4. Свойства интегралов
- •4.5. Основные теоремы
- •Методы интегрирования
- •4.6.1. Интегрирование заменой переменной
- •4.6.2. Интегрирование по частям
- •4.7. Задачи и упражнения
- •4.8. Геометрические приложения определенных интегралов
- •4.8.1. Вычисление площади плоской области
- •4.8.2. Вычисление длины дуги кривой
- •4.8.3. Вычисление объемов тел
- •4.8.4. Задачи и упражнения
- •5. НЕСОБСТВЕННЫЕ ИНТЕГРАЛЫ
- •5.1. Основные понятия
- •5.2. Признаки сходимости
- •5.3. Примеры исследования интегралов на сходимость
- •5.4. Задачи и упражнения
- •Приложение 1. Гиперболические функции
- •Приложение 2. Полярная система координат
- •Литература
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:
x−9x
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 1−1 + x 3+3)dx
=14 (∫ xdx−1 +3∫ xdx+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
