- •1. Неопределенный интеграл
- •1.1. Первообразная
- •1.2. Определение неопределенного интеграла и его свойства
- •1.3. Таблица интегралов
- •1.4. Подведение под знак дифференциала
- •1.5. Интегрирование по частям
- •1.6. Замена переменной в неопределенном интеграле
- •1.7. Интегрирование выражений, содержащих квадратный трехчлен
- •1.8.1. Разложение многочлена на множители. Простейшие дроби.
- •1.8.2. Разложение правильной дроби на простейшие дроби
- •Примеры
- •1.9. Интегрирование некоторых тригонометрических функций
- •1.10. Интегрирование некоторых иррациональных функций
- •1.11. Интегрирование с помощью тригонометрических подстановок
- •2. Определенный интеграл
- •2.2. Свойства определенного интеграла
- •2.2.1. Свойства, выражаемые равенствами
- •2.2.2. Свойства, выражаемые неравенствами.
- •2.3. Определенный интеграл как функция верхнего предела
- •2.4. Замена переменной в определенном интеграле
- •2.5. Формула интегрирования по частям в определенном интеграле
- •3. Несобственные интегралы
- •3.1. Несобственные интегралы первого рода
- •3.1.1. Определение несобственных интегралов первого рода
- •3.1.2. Геометрический смысл несобственных интегралов первого рода
- •3.2. Несобственные интегралы второго рода (от неограниченных функций)
- •3.3. Применение основной формулы интегрального исчисления (формулы Ньютона-Лейбница)
- •3.4. Свойства несобственных интегралов
4
Примеры
1.
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 2 |
8 |
= arcsin3 3 |
8 |
|
9 2 9 2= arcsin3 +16 |
9 21212+ = arc |
|||||
sin3 +13 |
9 2+ ◄ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Интегрирование по частям применяется, например, при вычислении следующих ин- |
|||||||||||
тегралов: |
|
, |
, |
, |
|
|
, |
, |
|||
|
, |
, |
|
|
|
|
и т.п. |
|
|
1.6.Замена переменной в неопределенном интеграле
Во многих случаях, для того чтобы вычислить интеграл, нужно сделать замену переменной.
Теорема. Пусть |
- строго монотонная дифференцируемая функция. Тогда |
|
верна формула |
|
|
|
. |
(1.5) |
Доказательство. По первому свойству интегралов производная левой части по в
(1.5):
.
По правилам дифференцирования сложной и обратной функций производная правой час-
ти по |
в (1.5): |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. Иногда бывает удобнее делать замену |
. |
|||||||
|
Пример |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
44 77+ = =3 |
|
|
143 4 173 7+ ◄ |
|
|
|||
|
|
|
|
1.7. Интегрирование выражений, содержащих квадратный трехчлен
Рассмотрим интегралы вида
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
, |
), |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
( |
|
|
|
, |
). |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1.7.1.Интегралы ,
Интегралы , с помощью выделения полного квадрата сводятся к одному из табличных интегралов:
5
,, .
Пример.
◄
1.7.2. Интегралы ,
.
Интеграл вычисляется аналогично.
Пример. Найти |
|
|
|
. |
|||||
|
|
|
|||||||
► |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
◄
1.7.3.Интегралы ,
Интеграл с помощью выделения полного квадрата сводится к интегралу (см. п. 1.7.4). Интеграл вычисляется аналогично интегралу . Но вместо инте-
грала получается интеграл .
1.7.4.Интеграл
СР
.
Таким образом, |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
(1.6) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Формула (1.6) является реккурентной. |
Для того чтобы найти интеграл |
|
, сначала |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
нужно будет найти предыдущий интеграл |
|
|
|
и т.д. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пример. Найти интеграл |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
► |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Следовательно, |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
◄ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.8.Интегрирование дробно-рациональных функций
Рассмотрим вычисление интегралов вида |
|
. |
|
1.8.1.Разложение многочлена на множители. Простейшие дроби.
|
Определение. Рациональная дробь |
|
называется правильной, если степень мно- |
||||||||
|
|
||||||||||
гочлена в числителе меньше степени многочлена в знаменателе: |
. В противном слу- |
||||||||||
чае ( |
|
) дробь называется неправильной. |
|
|
|
|
|||||
|
Если дробь неправильная, то, разделив числитель на знаменатель, можно предста- |
||||||||||
вить данную дробь в виде суммы многочлена и правильной дроби: |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(1.7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
, |
- многочлены, |
|
- правильная дробь. |
|
||||||
|
|
Пример. ◄
Определение. Простейшими дробями называются дроби вида
I. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
II. |
|
( |
|
|
. |
|
|
||||||
III. |
|
( |
|
). |
||
|
||||||
IV. |
|
( |
). |
|||
|
1.8.2.Разложение правильной дроби на простейшие дроби
Теорема (о разложении многочлена)
Любой многочлен с вещественными коэффициентами может быть представлен в виде произведения:
,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
,…, |
|
– вещественные корни |
кратности |
,…, |
соответственно; |
|
|
|
|
|||||||
2) |
квадратные |
трехчлены |
|
,…, |
|
|
не имеют вещественных |
||||||||||
|
корней: |
|
|
|
|
,…, |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример. Разложить на множители многочлен |
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||
►Как известно, рациональными корнями многочлена |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
могут быть числа |
|
|
, где |
- делитель числа |
, |
- делитель числа |
. Так как |
||||||||||
|
|
||||||||||||||||
; |
= |
, |
, то рациональными корнями многочлена |
могут быть числа |
|
: |
, |
||||||||||
|
|||||||||||||||||
. Поскольку |
|
|
|
|
, то |
является корнем |
. Следовательно, |
делится |
|||||||||
нацело |
на |
|
. |
|
Разделив |
на |
, |
получаем: |
|
. Таким |
образом, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
)◄ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема (о представлении правильной дроби). Пусть |
|
- правильная дробь, |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
знаменатель которой имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
,…, |
|
– вещественные корни |
кратности |
,…, |
соответственно; |
|
|
|
|
|||||||
2) |
|
|
|
|
,…, |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда дробь |
|
|
|
|
может быть представлена в виде суммы конечного числа простей- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ших дробей: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Примеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
(1.8) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
◄ |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Константы , |
, , |
|
|
|
|
|
|
|
, , … находятся с помощью метода неопределенных ко- |
эффициентов, который заключается в следующем.
1)Дроби в правой части формулы (1.8) приводятся к общему знаменателю. После этого в обеих частях получаются дроби с одинаковыми знаменателями. Следовательно, числители также равны между собой.
2) Приравниваем числители. Сравнивая коэффициенты при одинаковых степенях , получаем систему для определения коэффициентов.
3)Решаем эту систему, находим коэффициенты.
4)Подставляем найденные коэффициенты в правую часть формулы (1.8).