Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Математика / Неопр. Инт. - МАТ А.ppt
Скачиваний:
4
Добавлен:
27.11.2024
Размер:
402.94 Кб
Скачать

Тема1: Неопределенный интеграл

Преподаватель:

Филипенко Николай Максимович

доцент кафедры Высшей математики и математической физики ТПУ

ПОДВЕДЕНИЕ ПОД ЗНАК ДИФФЕРЕНЦИАЛА

1) cos x

 

 

dx d(sin x)

 

1

d(2 3sin x)

1 ln | 2 3sin x | C

 

2 3sin x

 

 

 

2 3sin x

3

2 3sin x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

1

 

 

 

d(

 

3 sin x)

 

 

 

1

 

 

1

 

3 sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

dx

3

 

 

 

 

3 sin x)

2

 

3

2

 

arctg

2

 

 

C

 

2 3sin

 

 

 

 

 

2 (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)ln2 xxdx ln2 xd(ln x) 13 ln3 x C

4)exx dx 2 e x d( x ) 2e x C

5)

e xdx

 

 

d(e x )

 

 

 

arcsin(e x ) C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

e

2 x

1

x

)

2

 

 

 

 

(e

 

 

 

ПОДВЕДЕНИЕ ПОД ЗНАК ДИФФЕРЕНЦИАЛА

6)

 

xdx

 

1

 

d( x2 )

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2 ln | x2 2 x4 | C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x4

 

2 x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(1 / x)

dx sin(1 / x)d(1 / x) cos(1 / x) C

 

 

 

 

 

 

 

7)

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( x 1)dx

 

1 d( x2 2x 7)

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) x2 2 x 7

 

2

x2 2x 7

 

2 ln | x

 

 

2x 7 | C

 

 

 

 

 

9) cos3 xdx cos2

x cos xdx (1 sin2 x)d(sin x) C sin x

1

 

 

 

 

3 sin3 x C

 

 

10)

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

1 d(arctg2x)

 

1

 

1

 

1

 

C

 

1

1

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 4x2 )arctg

3 2x

2 arctg3 2x

2

2

 

2x

4 arctg2

2x

 

 

 

 

arctg2

 

 

 

1. (2x 3) cos5x dx=

 

 

u=2x 3

 

 

du=2 dx

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

dv= cos5x dx v= cos5x dx= 5 cos5x d(5x)=5 sin 5x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (2x 3) 1 sin 5x

 

2

sin 5xdx =

2x 3 sin 5x

 

2

 

cos5x c.

 

 

 

 

 

5

25

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. x e x dx =

 

u = x

 

 

 

 

 

du = dx

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = e x

dx v = e x dx = e x d( x) =

e x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x e x

e x dx = x e x e x

d( x)= x e x e x c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x

 

 

U = ln x

 

 

 

 

dU = dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1/3

 

 

 

 

1/3

 

3.

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

= 3 x

ln x 3

x

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 x2

 

 

dV =

 

 

 

 

V = (x) 2/3 dx = 3 x1/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 3 x1/3 ln x 3 (x) 2/3 dx = 3 x1/3 ln x 9x1/3 dx = 33x (ln x 3) C.

4. arcsin 5xdx=

 

U = arcsin 5x dU =

 

5 dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 25x2

 

 

=x arcsin 5x

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dV = dx

V = dx = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 25x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

5 d(1 25x2

)

 

 

1

 

 

 

 

= x arcsin 5x

= x arcsin 5x

 

 

 

1 25x2

C

 

 

50

 

25

 

 

 

 

 

1 25x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. arctg 2x dx =

 

u = arctg 2x du =

 

2dx

 

 

1 4x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = dx

v = x

 

= x arctg 2x d(x2 ) = 1 4x2

= x arctg 2x 2x dx = 1 4x2

 

1

d(4x2 1)

 

1

2

 

x arctg 2x

4

1 4x2

= x arctg 2x

4 ln(1 4x

 

) c.

 

dx

 

 

x2 4x 10=(x2 2 x2 4) 4 10=(x 2)2 6

 

 

 

 

 

 

1. 2

 

=

x 2 = t; x = t 2; dx = dt

 

 

=

 

 

x 4x 10

 

x2 4x 10 = t2 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2dt

 

=

1

 

arctg

t

 

=

1

 

arctg

x

2

C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6

 

 

 

t

6

 

 

 

6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2x x2 = 3 (x2 2x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

= 3 [(x2 2 x 1 1) 1] =

 

 

2.

 

 

 

 

 

=

 

 

= 3 [(x 1)2 1] = 4 (x 1)2 ,

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2x

x2

 

 

 

 

 

 

x 1 = t; x = t 1; dx = dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2x x2 = 4 t2

 

 

 

 

 

 

=

 

dt

 

 

 

 

= arcsin

t

= arcsin

(x 1)

C.

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4 t2

 

 

 

 

2

 

 

 

Интегрирование рациональных дробей методом неопределенных коэффициентов

циональная дробь есть отношение двух многочленов целой степен

 

P (x)

 

a xn a

n 1

xn 1 a

x2 a x a

R(x) =

n

=

n

2

1

0

.

Qm (x)

 

 

 

 

 

 

 

bm xm bm 1xm 1 b2 x2 b1x b0

Если n < m, то дробь называется правильной. Если n m, то дробь называется неправильной.

Прежде, чем интегрировать неправильные дроби, следует обязательно выделить целую часть дроби путем деления многочленаPn (x) на многочлен Qm (x).

3x 5 = 1 6x 10 = 1 3(2x 1 1) 10 = 1 3(2x 1) 3 10 = 2x 1 2 2x 1 2 2x 1 2 2x 1

1

3(2x 1) 13

=

3

 

13

.

2

 

2x 1

2

 

 

2(2x 1)

3

-- целая часть,

13

-- правильная дробь

2

2(2x 1)

Схема интегрирования правильной рациональной дроби.

1. Знаменатель дроби раскладываем на простые множители, которых существует четыре типа:

I (x a); II (x a)k ; III (x2 px q); IV (x2 px q)k ,

Частным случаем квадратичных множителей могут быть множители вида (x2 a2 ) или (x2 a2 )k .

При разложении используются формулы сокращенного умножения

x2 a2 = (x a)(x a),

x3 a3 = (x a)(x2 ax a2 ),

x3 a3 = (x a)(x2 ax a2 ),

x4 a4 = (x a)(x a)(x2 a2 ).

2. Рациональную дробь представляем в виде суммы простейших дробей, причем, как известно из алгебры, каждому из четырех простейших сомножителей в разложении знаменателя соответствует определенный

набор простейших дробей с неопределенными коэффициентами

3.Находим неопределенные коэффициенты.

4.Проводим интегрирование каждого слагаемого.

Примеры разложения дробей на сумму простейших дробей

3x 4

 

x (x 5)(x 7)

A

 

B

 

C

x

x 5

x 7

 

 

1

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

B

 

 

 

C

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

x 3

(x 2)3

(x 2)2

x 2

(x 3)(x 2)3

 

 

 

x2 3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ax B

 

Cx D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 3x 5

 

 

x2 4

 

(x2 3x 5)(x2

4)

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 3

 

 

 

 

 

 

 

A

 

B

C

 

 

Dx E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

x 2

 

 

 

x2 (x 2)(x2 3)

 

 

 

 

3x

 

 

 

A

 

 

 

 

Bx C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

x2 2x 4

 

 

 

 

 

В этих примерахA, B, C, Dнеопределенные коэффициенты

2.

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

(x 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

B

 

 

C

азложим подынтегральную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 4) 2 (x

2)

(x 4) 2

x 4

x 2

ункцию на простые слагаемые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приводим к общему

 

 

1

 

 

 

=

 

 

A(x

2) B(x 4)(x

2) C(x 4)2

знаменателю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 4) 2 (x 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 4) 2 (x 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

Приравниваем числители 1 = A(x

2) B(x 4)(x 2) C(x 4) 2

я нахождения неопределенных коэффициентов в это выражение

дставляем те значения

 

x, при которых знаменатель обращается в ноль

x 4 :

1 A( 6)

 

 

A 1/ 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 :

1 C(36)

 

 

C 1/ 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нахождения третьего коэффициента можно взять любое значениеx

x 0 :

1 2A 8B 16C

 

 

1 1/ 3 8B 16 / 36

B 1/ 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

=

1

 

 

dx

 

1

 

 

dx

 

1

 

dx

=

Теперь исходный интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

4)2 (x

2)

 

 

 

6 (x 4)2

 

36 x 4

 

 

36 x 2

распишется на сумму трех

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

интегралов

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

1

 

ln | x 4 |

1

 

ln | x 2 | C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

6

 

(x 4)

 

 

 

 

 

36