Основы высшей математики
.pdf
3.4. Метод интегрирования по частям |
|
Применяется формула |
|
∫udv = u v −∫vdu. |
(3.2) |
Примеры решения задач
3.5. Вычислить интеграл ∫x cos xdx. Решение. Примем u = x, dv = cos xdx. Тогда
du = (u ')dx = (x ')dx = dx. v −∫dv = ∫cos xdx = sin x.
Подставив в формулу интегрирования по частям, получим
∫x cos xdx = x sin x −∫dx sin x = x sin x −∫sin x dx =
=x sin x +cos x +C.
Задачи для самостоятельного решения
Задание 3.4. Вычислить интегралы.
1. ∫x sin xdx. |
5. |
∫x2 e−xdx. |
9. ∫ |
|
|
|
|
ln xdx. |
||
|
|
x |
||||||||
2. ∫x cos 2xdx. |
6. |
∫x 2x dx. |
10. |
∫ |
ln |
x |
|
dx. |
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
3 x |
||||
3. ∫x sin 5xdx. |
7. |
∫ln xdx. |
11. |
∫arcsin xdx. |
||||||
4. ∫x exdx. |
8. |
∫x ln xdx. |
12. |
∫x arctgxdx. |
||||||
(Ответ. 1) − x cos x +sin x +C. |
2) 1 x sin 2x + 1 cos 2x +C. |
|||||||||
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
3)− 15 x cos5x + 251 sin 5x +C. 4) x ex −ex +C. 5) − x2e−x −2xe−x −2e−x +C.
6)xln22x − (ln22x )2 +C.7) x ln x − x +C.8) 12 x2 ln x − 14 x2 +C. 9) 23 x32 ln x − 94 x32 +C.
51
|
3 x |
2 |
ln x − 9 x |
2 |
|
|||
10) |
+C . 11) x arcsin x + |
1− x2 |
+C. |
|||||
3 |
3 |
|||||||
|
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
12) |
1 x2arctgx − 1 x + 1 arctgx +C). |
|||||||
|
2 |
|
2 |
2 |
|
|
||
3.5. Вычисление определенных интегралов
Если функции u = u(x) и v = v(x) непрерывны вместе со своими производными на [a; b], то имеет место формула Ньютона–
Лейбница
|
|
b∫ f (x)dx =F (x) |
|
b |
= F (b)− F (a). |
|||
|
|
|
||||||
|
|
a |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Геометрический смысл |
опре- |
|
|
|||||
деленного |
интеграла: |
площадь |
|
y = f (x) |
||||
криволинейной |
трапеции, |
огра- |
|
|||||
ниченной сверху графиком функ- |
|
|
||||||
ции y = f (x), |
снизу осью Ох и |
|
a |
|||||
прямыми |
x = a, |
x = b |
, численно |
|
||||
|
||||||||
|
|
|||||||
равна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S (x)= ∫b |
f (x)dx . |
|
|
||||
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
(3.3)
S (x)
b
(3.4)
Примеры решения задач
π
3.6. Вычислить интеграл ∫3 cos xdx .
π
6
Решение. Так как ∫cos xdx = sin x , то
52
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∫cos xdx = sin x |
π3 = sin π3 −sin π6 = |
− 12 . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3.7. Вычислить интеграл |
0∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1+3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. Вычислим неопределенный интеграл ∫ |
|
|
|
xdx |
. Сделав |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1+3x |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
замену u = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, получим u2 =1+3x x = u2 −1; dx = |
2 udu. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1+3x |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
u23−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
∫ |
2 |
|
|
udu |
|
|
|
2 |
|
|
|
∫(u2 −1)du = |
2 |
( |
u3 |
−u)= |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
∫ |
|
|
|
|
= |
3 |
|
= |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
9 |
3 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1+3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
)3 − |
2 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+3x |
1+3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Вычислим теперь определенный интеграл |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
|
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
( |
1+3x ) |
− |
|
|
1+3x |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1+3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
= |
|
|
( 1 |
+3 |
|
5) |
− |
1+ |
3 |
5 |
− |
2 |
( |
|
1+3 0 ) − |
1+3 |
0 |
|
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
27 |
|
9 |
27 |
|
9 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
= |
|
|
2 |
64 − |
|
2 |
|
4 − |
2 |
|
+ |
2 |
= 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
27 |
9 |
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
53
Задачи для самостоятельного решения
Задание 3.5. Вычислить определенные интегралы.
1. |
2 |
|
|
|
dx |
. |
|
|
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|||||
4 + x2 |
|
|
|
|
|||||||
|
−2 |
|
|
|
|
|
|||||
4. |
7 |
|
|
|
dx |
|
|
|
|
. |
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
3x +4 |
||||||||
|
−1 |
|
|
|
|
||||||
7. |
2 |
|
|
|
xdx |
|
|
. |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1+ x2 |
|
|
||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
4 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
||||
2. ∫ |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1+e4 |
dx. |
|
|
||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
5. |
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
. |
|||
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
x |
|
|
2 −ln2 x |
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
8. |
1 |
|
|
|
|
|
dx |
|
. |
|
|
|||
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
(x + |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0 |
|
2)2 +1 |
|
|
|||||||||
1
3. ∫x e−xdx.
0
π
6. ∫2 x cos3xdx.
0
2
9. ∫x ln xdx.
1
(Ответ. 1) π4 . 2) 4e. 3) 1− 2e . 4) 83 . 5) π6 . 6) − π6 − 19 . 7) 
5 −1. 8) arctg 3 −arctg 2. 9) 2ln 2 − 34).
54
Учебное издание
ЛОШКАРЕВА Светлана Юрьевна ОЧЕРЕТНЯЯ Ольга Павловна
ОСНОВЫ ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКИ
Методическое пособие к практическим занятиям
Технический редактор Д.А. Исаев Подписано в печать 12.07.2011.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс.
Усл. печ. л. 3,20. Уч.-изд. л. 2,50. Тираж 250. Заказ 567.
Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009.
Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.
55
