Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Интегралы.pdf
Скачиваний:
62
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
620.89 Кб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a cost (asin t)

 

 

 

 

 

 

 

 

R(x2n ,

 

 

a2 x2 )dx =

 

a2 x2 =

a2 a2 cos2 t = asin t ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = −asin t dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a tg t (a ctg t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R(x2n , a2 + x2 )dx = a2 + x2 = a

 

 

1

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

cost

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a ch t (ash t)

 

 

 

 

 

 

 

 

R(x2n , x2 a2 )dx = x2 a2 = a ch2 t 1 = ash t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = ash t dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a cost

= a3sin t3dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример.

=

a2

 

x2 = asin t

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a2 x2 )3

dx

= −asin t dt

 

 

 

 

a

sin

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

1

 

dt

 

=

1

ctg t + C =

 

t

= arccos

x

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

2

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

sin

 

t

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

1

 

 

cos arccos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

ctg arccos

 

+ C =

 

 

a

 

+ C =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

a2

 

 

sin arccos

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

x

 

 

=

 

 

 

a

 

 

 

+ C =

 

 

 

 

 

 

+ C =

 

 

 

 

 

 

 

+C .

a

2

1 cos2 arccos

x

a

2

 

 

 

 

x

2

 

a

2

 

 

a

2

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАМЕЧАНИЕ

Для интегралов вида

R(x2n+1, a2 x2 )dx ,

R(x2n+1, a2 + x2 )dx ,

R(x2n+1, x2 a2 ) dx также можно использовать тригонометрические подстановки.

Однако проще их вычислять, делая замену a2 ± x2 = t 2 или x2 a2 = t 2 .

1.9. Интегрирование некоторых классов тригонометрических функций

Рассмотрим интеграл вида

R(sin x, cos x)dx ,

где

R(sin x, cos x)

― рациональная

функция своих аргументов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сделаем подстановку tg

х

= t . Тогда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2dt

 

 

 

 

2 tg

х

 

 

 

2t

, cos x =

1 tg

2 х

 

 

=

1 t 2

 

x = 2arctgt dx =

.

sin x =

 

2

 

 

 

=

 

 

2

 

 

.

1 +t2

 

1

+ tg 2

х

1

+t 2

1 + tg

2

х

 

 

1 + t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Таким образом, сделав подстановку, исходный интеграл от тригонометрических функций стал интегралом от рациональной функции переменной t , т.е.

 

 

 

2t

 

 

1 t2

 

2dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

1

+ t

2 ,

1 + t

2

 

1 + t

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

dx

 

tg

х

 

= t

x = 2 arctg t

 

 

 

 

 

 

 

2dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ t 2

 

 

 

 

 

Пример.

=

2

 

2t

 

 

 

 

 

2dt

 

 

=

=

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

sin x =

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t

 

 

 

 

 

1 + t 2

1 + t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ t

 

 

 

 

=

 

= ln

 

t

 

+C = ln

 

tg

х

 

+C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотренная подстановка даёт возможность проинтегрировать любую функцию вида R(sin x, cos x) . Поэтому такую подстановку называют универсальной

тригонометрической подстановкой. Однако на практике она часто приводит к сложным интегралам от рациональных функций. Поэтому полезно знать также другие подстановки.

1. R(sin x) cos xdx =

 

sin x =t

 

= R(t)dt .

 

 

 

 

cos xdx = dt

 

 

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

sin 3 x

dx =

(1 cos2 x) sin xdx

 

=

 

1

+ cos x

 

1 + cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (t 1) dt =

t2

t +C =

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg x = t

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

R(tg x)dx =

 

x = arctg t

= R(t)

 

 

1 +t 2

 

 

 

 

 

 

dx =

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 +t 2

 

 

 

 

 

 

3.

R(sin x, cos x)dx ,

где

sin x и

cos x

интегралах применяется подстановка:

 

cos x = t

 

= −

1 t

2

dt =

 

 

 

sin xdx = −dt

 

 

 

 

 

1 +t

 

cos2 x

cos x +C .

2

 

.

 

входят в чётных степенях. В таких

 

tg x = t,

 

x = arctgt

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x =

 

1

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

1 +t2

 

 

 

 

1 + tg2 x

 

 

 

sin2 x =

tg

2

x =

t

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + tg2 x

1 +t2

 

 

 

dx =

 

dt

 

 

 

 

 

1

+t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. sin m x cosn x dx , где n - нечётное,

m - любое.

 

 

Пусть n = 2 p +1, тогда

sin m x cos2 p+1 xdx = sin m x cos2 p x cos xdx = = sinm x(1 sin2 x) p cos xdx = R(sin x) cos xdx .

Получили случай 1.

5.sinm x cosn xdx , где m, n - чётные неотрицательные.

Вэтом случае используем формулы понижения степени:

sin2 x = 12 (1 cos 2x) и cos2 x = 12 (1+cos 2x) .

Пример.

sin2 xdx = 12 (1 cos 2x)dx = 12 (x 12 sin 2x) + C .

6. cos αx cos βxdx; sin αx sin βxdx; sin αx cos βxdx,

16