Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

11-11-2014_20-08-13 / ЗАНЯТИЕ 9 Неопределенный интеграл

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
19.03.2015
Размер:
201.18 Кб
Скачать

1

ЗАНЯТИЕ №9

НЕОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ

Теоретическая часть:

1.Понятие неопределенного интеграла.

2.Свойства неопределенного интеграла.

3.Основные методы интегрирования:

непосредственное интегрирование;

метод подстановки (замена переменных);

интегрирование по частям.

Вопросы и задачи для самоконтроля знаний.

1)Дать определение первообразной.

2)Дать определение неопределенного интеграла.

3)Какая функция называется интегрируемой?

4)Перечислить и доказать свойства неопределенного интеграла.

5)Перечислить методы интегрирования.

6)В чем состоит метод непосредственного интегрирования?

7)В чем состоит метод замены переменной?

8)В чем состоит метод интегрирования по частям?

9)Перечислить группы интегралов, интегрируемых по частям. Объяснить выбор частей u и dv.

Практическая часть:

Вычислить интеграл методом непосредственного интегрирования:

2x 1 2

1.x2 dx

Решение: Для вычисления данного интеграла преобразуем подынтегральную функцию – возведем в квадрат числитель функции, используя формулу сокращенного умножения

a b 2 a2 2ab b2 . Получим

 

 

 

 

 

2x 1 2

dx

4x2 4x 1

dx

x2

x2

 

Разделим почленно числитель на знаменатель, используя свойство дроби a b a b:

 

2x 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

c

 

c

 

 

4x2 4x 1

 

 

4x2

4x

 

1

 

 

 

4

 

1

 

2

dx

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

4

 

 

 

 

dx

x

x

2

 

x

2

x

2

x

2

x

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя свойства 4 и 5 неопределенного интеграла, запишем полученный интеграл в виде суммы трех интегралов и вынесем постоянный множитель из-под знака интеграла:

 

2x 1

2

 

 

 

4

 

1

 

 

4

 

1

 

 

 

 

dx

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

dx

 

 

4

 

 

 

 

dx

 

4dx

 

 

dx

 

 

 

dx 4

 

dx 4

 

 

 

 

x

 

dx

 

x

 

x

x

2

 

x

x

2

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем первообразные полученных подынтегральных функций с помощью табличных интегралов (1, 3 и 2 соответственно)

 

2x 1

2

 

dx

 

2

 

 

 

x

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

dx 4 dx 4

 

x

 

dx 4x 4ln

x

 

 

C 4x 4ln

 

x

 

 

 

C

 

x

 

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

2. tg2x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Решение: Воспользуемся тригонометрическим тождеством tgx

sinx

 

cosx

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg2x dx

sin

x

dx

 

 

 

 

 

 

cos

2 x

 

 

 

Выразим синус через косинус,

используя основное тригонометрическое тождество

sin2 x cos2 x 1 sin2 x 1 cos2 x, получим

 

 

 

 

 

 

tg

2

x dx

sin2 x

 

1 cos2 x

 

 

 

 

 

dx

 

 

dx

 

cos2 x

 

cos2 x

Разделим почленно числитель на знаменатель и запишем полученный интеграл в виде разности двух интегралов

 

 

 

2

x

 

 

 

1

 

2

x

 

 

dx

 

 

 

 

 

tg2x dx

 

1 cos

dx

 

 

 

 

cos

dx

 

 

 

 

dx

2

 

2

x

2

x

2

x

 

cos x

 

 

cos

 

cos

 

cos

 

 

Найдем первообразные полученных подынтегральных функций с помощью табличных интегралов (8 и 1 соответственно)

tg2x dx cosdx2 x dx tgx x C

3. 7x 1 2 dx

Решение: Для вычисления данного интеграла преобразуем подынтегральную функцию – возведем в квадрат числитель функции, используя формулу сокращенного умножения

a b 2 a2 2ab b2 . Получим

7x 1 2 dx 72x 2 7x 1 dx

Воспользуемся свойством степени 72x 72 x 49x , а также свойствами 4 и 5

неопределенного интеграла, запишем полученный интеграл в виде суммы трех интегралов и вынесем постоянный множитель из-под знака интеграла:

7x 1 2 dx 72x 2 7x 1 dx 49x dx 2 7xdx dx

Найдем первообразные полученных подынтегральных функций с помощью табличных интегралов (первые два – с помощью 4-го, третий – с помощью 1-го)

 

 

 

7

x

1

2

 

 

 

 

49

x

dx 2 7

x

dx dx

49x

 

 

 

7x

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

2

 

 

x C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln49

ln7

 

 

 

 

Вычислить интеграл методом непосредственного интегрирования:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

2sin x

 

 

 

 

3

dx

 

 

 

 

 

Ответ: 2cosx 5ln

x

3x C

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

Ответ: 3arctgx 7arcsinx

 

1 x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4 3x3 4x2 6x 8

 

 

 

 

x3

3x2

4x 6ln

 

x

 

8

C

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2xsin2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

Ответ: 3ctgx x2 C

 

sin

2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислить интеграл с помощью замены переменной:

 

 

3

8. cos 3x 4 dx

 

 

Решение: cos 3x 4 является сложной функцией:

f (u) cos u,

u 3x 4. Введем

новую переменную, равную внутренней функции t 3x 4. Тогда

dt 3dx. Для того,

чтобы сделать замену переменной, необходимо из последнего равенства найти dx dt .

3

Таким образом, переменной х в новом интеграле не будет, следовательно, замена сделана верно. Получим

cos 3x 4 dx

t 3x 4

 

dt

dt 3dx

cost

 

 

 

dt

 

3

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

Воспользуемся свойством 5 неопределенного интеграла и таблицей интегралов (7)

cos 3x 4 dx cost

dt

1

 

costdt

1

sint C

 

 

 

 

 

 

3

3

3

Возвращаясь к переменной х, окончательно получим

 

 

 

 

 

cos 3x 4 dx

1

sint C

1

sin x C

 

 

3

 

 

 

3

 

 

9. cos2 xsinxdx

Решение: Подынтегральное выражение содержит сложную функцию cos2 x. Возьмем за новую переменную t cosx. Выразим sinxdx через новую переменную. Для этого найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

sinxdx dt.

дифференциал новой переменной dt cosx dx sinxdx.

 

 

Подставим данные выражения в интеграл и получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 xsinxdx

 

t cosx

 

t

2

dt t

2dt

t3

 

 

 

cos3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt sinxdx

 

 

C

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sinxdx dt

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. x234x3 2 dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x3 2

, поэтому стоит

Решение: Подынтегральное выражение содержит сложную функцию 3

попробовать подстановку t 4x3 2. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 4x3 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

x234x3 2 dx

dt 12x2dx

3t

dt

 

1

3tdt

1

 

3t

 

C

34x

2

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

12

 

12 ln3

12ln3

 

 

x2dx

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислить интеграл с помощью замены переменной:

11. 5x 2 7dx

t 5x 2

Ответ: 5x 2 8

C

 

 

40

 

ln4 x C 4

4

12.

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

Ответ:

1

tg 7 8x C

cos

2

7 8x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

13.

 

 

 

 

dx

 

 

t arctgx

Ответ: ln

 

 

arctgx

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

 

arctgx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

ctg x dx

ctg x

cosx

t sinx

Ответ: ln

 

sinx

 

C

 

 

sinx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln3 x

15. x dx Ответ:

Вычислить интеграл с помощью интегрирования по частям:

16. xcos5x dx

Решение:

Данный

интеграл относится

к

первому виду, поэтому обозначим

u x, dv cos5xdx. Для применения формулы

 

udv uv vdu

необходимо знать

vи du:

du dx,

v cos5xdx. Чтобы

вычислить

этот интеграл сделаем замену

переменных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 5x

 

dt

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

 

v cos5xdx

dt 5dx

cost

 

costdt

sint

sin5x

 

5

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

5

 

5

 

5

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данном случае нам достаточно найти одну из первообразных, поэтому полагаем С=0. Тогда исходный интеграл можно вычислить с помощью формулы интегрирования по частям:

 

 

 

 

 

 

 

u x,

dv cos5xdx,

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

xcos5x dx

 

v cos5xdx

1

 

 

 

 

 

x

 

 

sin5x

 

sin5xdx

du dx,

sin5x

5

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

1

 

 

 

 

 

t 5x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

x

 

 

 

1

 

 

sin5x

sin5xdx

dt 5dx

 

 

 

sin5x

sint

 

sin5x

sintdt

 

 

5

 

 

5

 

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

5

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

sin5x

 

1

cost C

x

sin5x

cos5x

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. arsin2xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение: Данный интеграл

 

относится

 

ко

второму

 

 

виду,

поэтому

обозначим

u arcsin2x,

dv dx. Для применения формулы

 

udv uv vdu необходимо знать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vи du: du arcsin2x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x dx

 

 

 

 

 

 

 

,

v dx x

 

1 2x

2

 

1 4x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда исходный интеграл можно вычислить с помощью формулы интегрирования по частям:

5

 

u arcsin2x,du

 

2dx

 

,

 

 

2dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arsin2xdx

1 4x2

xarcsin2x x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4x

2

 

 

 

dv dx,

v dx x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xarcsin2x 2

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученный интеграл можно вычислить с помощью замены переменной:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xdx

 

 

 

 

t 1 4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arsin2xdx xarcsin2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt 8xdx

xarcsin2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4x2

 

 

 

 

 

xdx

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

C

 

 

 

 

 

 

xarcsin2x

t

dt xarcsin2x

2

 

C xarcsin2x

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xarcsin2x

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 3 exdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

Данный

 

интеграл

 

 

относится к первому виду, поэтому обозначим

u x2 2x 3,

 

dv ex dx.

Для

 

применения формулы

udv uv vdu

необходимо

знать vи du: du x

2

2x

 

 

dx 2x 2 dx,

v

e

x

dx e

x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда исходный интеграл можно вычислить с помощью формулы интегрирования по частям:

 

x2

2x 3 exdx

u x2 2x 3,du 2x 2 dx,

 

 

 

dv ex dx,

v ex dx ex

 

x2 2x 3 ex 2x 2 exdx

Полученный интеграл относится к интегралу первого типа, поэтому может быть вычислен с помощью формулы интегрирования по частям:

x2 2x 3 exdx x2 2x 3 ex 2x 2 exdx

 

 

 

u 2x 2,

du 2dx,

 

 

x2 2x 3 ex 2x 2

ex 2exdx

 

 

 

dv e

x

dx,

v e

x

dx e

x

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 2x 3 ex 2x 2 ex 2 exdx x2 2x 3 ex 2x 2 ex 2ex C

x2 2x 3 2x 2 2 ex C x2 4x 7 ex C

Вычислить интеграл с помощью интегрирования по частям:

19. xexdx

Ответ: x 1 ex C

6

20.arctg2x dx

21.x2 cosx dx

Домашнее задание:

1.3cosx ex 2 dx

x

3. e5xdx

dx

5. sin2 3x 2

7. xln2 x dx

Ответ: xarctg2x 1ln1 4x2 C 4

Ответ: x2 2 sinx 2x cosx C

Вычислить интеграл:

2.4x2 6x 7dx

x2

4. x2 5x3 2 7 dx

6.

arcsin3

xdx

 

 

 

 

 

1 x

2

 

 

 

 

8. arccos3x dx