
- •7. Интегральное исчисление функций одной переменной (24 часа)
- •1. Неопределённый интеграл
- •1.1. Первообразная и неопределённый интеграл
- •1.2. Основные свойства неопределённого интеграла
- •1.3. Таблица неопределённых интегралов
- •1.4. Интегрирование методом замены переменной
- •1.5. Интегрирование по частям
- •Интегралы, берущиеся "по частям"
- •1.6. Интегрирование простейших рациональных дробей
- •1.7. Интегрирование рациональных дробей
- •1.8. Интегрирование некоторых иррациональных выражений
- •1.9. Интегрирование некоторых классов тригонометрических функций
- •2. Определенный интеграл
- •2.1. Понятие определенного интеграла
- •Геометрический смысл определенного интеграла
- •2.2. Основные свойства определенного интеграла
- •2.3. Определенный интеграл, как функция верхнего предела. Теорема Барроу
- •2.4. Формула Ньютона – Лейбница
- •2.5. Замена переменной в определенном интеграле
- •2.6. Интегрирование по частям в определенном интеграле
- •2.7. Геометрические приложения определенного интеграла
- •2.8. Несобственные интегралы
- •7. Интегральное исчисление функций одной переменной (18 часов)
- •Основная
- •Дополнительная

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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