Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
раздел 4 конспекта лекций.pdf
Скачиваний:
50
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
752.06 Кб
Скачать

3)xdx = 12 d(x2 ) ;

4)sin xdx = −d(cos x) ;

5)cos xdx = d(sin x) ;

6)1x dx = d(ln x) ;

7)ex dx = d(ex ) и т.д.

Вообще, ϕ′(х)dx = d(ϕ(x)) . Пользуясь этими преобразованиями дифференциала, найдем

следующие неопределенные интегралы.

Пример 4.1.5

dx

=

 

1

d(2x +3)

=

1

ln

 

2x +3

 

 

2

 

+C .

 

 

 

2x +3

 

 

2x +3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4.1.6

xex2 dx = 12 ex2 d(x2 ) = x2 = u =

= 12 еudu = 12 eu +C = 12 ex2 +C .

Сформулируем еще одно очень полезное правило:

если f (x)dx = F(x) +C , то f (аx +b)dx = 1a F(ax +b) +C ,

где a 0 , так как

f (аx +b)dx = 1a f (аx +b)d(аx +b) = 1a F(ax +b) +C .

Пример 4.1.7

cos(3x +1)dx = 13 sin(3x +1) +C .

4.1.5.Интегрирование по частям

Пусть u и v – непрерывно дифференцируемые функции x . На основании формулы дифференциала произведения имеем:

d(uv) = udv +vdu udv = d(uv) vdu

Интегрируя это соотношение, получим udv = d(uv) vdu . Из последнего соотношения получается формула

udv = u v v du

которая называется формулой интегрирования по частям.

 

Выведенная

 

формула

используется

в тех случаях, когда интеграл v du

являяется

табличным или легко к такому приводится.

 

Интегралы, берущиеся "по частям"

 

 

1. Интегралы вида Рп(х) f (x) dx ,

где Pn (x) ― многочлен степени n , f (x)

― одна из

следующих функций: sinαx; cosαx; eαx ; aαx .

 

В качестве функции u(x) следует

взять многочлен Pn (x) и применить к

интегралу

формулу интегрирования по частям n раз.

 

Пример 4.1.8

 

 

 

 

 

 

x cos xdx =

 

u = x

du = dx

 

= x sin x sin xdx =

 

 

 

 

 

 

dv = cos xdx v = sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

= x sin x + cos x +C .

Для интегралов такого типа в тех случаях, когда степень многочлена Pn (x) больше 1,

можно использовать "правило многократного интегрирования по частям", которое можно записать в следующем виде:

Рп(х) f (x) dx = Pn (x) d (g(x))=Pn (x)g(x)Pn(x)g(x)dx +

+P′′(x)(g(x)dx)dx P′′′(x)((g(x)dx)dx)dx....

итак до тех пор, пока производная Pnn+1(x) = 0 .

2)х2е3хdx = x2d (13 ex )= x2e3x 2x 19 e3x +2 271 e3x 0 .

2. Интегралы вида хп ln k x dx , где п ≠ −1, берутся по частям, причем за функцию u(x)

принимают ln k x и применяют k

раз формулу интегрирования по частям.

 

Пример 4.1.9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = ln 2 x

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2 xdx =

du = 2 ln x

 

 

dx

= x ln 2 x 2x ln x

dx =

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = dx

v = x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x ln 2 x 2ln xdx =

u = ln x

du =

 

dx

= x ln 2 x 2(x ln x dx)=

 

x

 

 

 

dv = dx

v = x

 

 

 

 

 

 

= x ln 2 x 2(x ln x x)+C .

 

 

 

 

3. Интегралы вида хп f (x) dx ,

где f (x)

― одна

из следующих

функций:

arcsin k αx; arccosk αx; arctgk αx; arcсtgk αx , также

берутся "по

частям", приняв

за u(x)

функцию f (x) .

4. В некоторых случаях для сведения данного интеграла к табличному применяется формула интегрирования по частям и искомый интеграл определяется из получившегося

алгебраического уравнения. К таким интегралам относятся eαx cosβxdx , eαx sin βxdx и

x2 ± adx – так называемые возвратные интегралы.

Пример 4.1.10

 

x2

+ а dx =

u = x2 + а

 

du =

 

 

x

 

 

dx

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = dx

 

 

 

x2 + а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2

 

 

 

 

= x x

2

+ а

x2

 

dx = x x

2

+ а

+ a)a

dx =

 

 

 

 

 

 

 

x2 + а

 

 

 

 

 

x2 + а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x x2 + а

x2 + a

dx + a

 

 

1

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + а

 

 

 

x2 + а

 

 

= x x2 + а x2 + а dx + a ln x + x2 + а +C .

Сравнивая начало и конец равенства, получим уравнение

2 x2 + а dx = x x2 + а + a ln x + x2 + а +C , откуда

7