Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Интегралы.pdf
Скачиваний:
71
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
621 Кб
Скачать
☆

где (α ≠ β) берутся при помощи следующих формул:

sin αx cosβx =

 

1

 

(sin(α +β)x + sin(α −β)x);

2

 

 

 

 

cos αx cosβx =

 

1

 

(cos(α +β)x + cos(α −β)x);

2

 

 

 

 

sin αx sin βx =

1

 

(cos(α −β)x − cos(α +β)x).

2

 

 

 

 

 

7.Интегралы вида ∫tg m xdx или ∫ctg m xdx , где ò ≥ 2 - целое число, сводятся к

табличным интегралам, если к подынтегральной функции прибавить и отнять tg m−2 x или ctg m−2 x .

Пример. ∫tg 4 x dx = ∫((tg 4 x + tg 2 x)− tg 2 x)dx = ∫tg 2 x(1 + tg 2 x)dx −

 

 

− ∫((tg 2 x +1)−1)dx = ∫tg 2 x

 

 

dx

 

 

− ∫

dx

 

+ ∫dx =

 

 

 

 

2

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

cos

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫tg 2 x d tg x − tg x + x =

tg3 x

 

− tg x + x +C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАМЕЧАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В интегралах вида

 

∫sin m x cosn x dx

при четных отрицательных

m и n иногда

удобно использовать тригонометрическое тождество sin 2 x + cos2 x =1.

Пример. ∫

 

 

 

dx

 

 

= ∫

sin 2 x + cos2 x

dx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

2

x cos

4

x

sin

2

x cos

4

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∫

1

 

dx + ∫

 

 

1

 

 

 

 

 

dx =

∫

 

1

 

 

d tg x + 4∫

 

1

 

dx =

4

 

sin

2

x cos

2

 

 

 

2

 

 

sin

2

2x

 

cos

 

x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

cos

 

 

x

 

 

 

 

 

= ∫(1 + tg2 x)d tg x + 2∫

 

 

1

 

 

 

d(2x)= tg x + tg3 x

− 2ctg 2x +C .

sin2

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2. Определенный интеграл

2.1.Понятие определенного интеграла

Пусть на отрезке [а;b] задана непрерывная функция y = f (x) (рис. 1). Разделим

[а;b] на части произвольными точками: a = x0 < x1 < x2 <... < xn = b . Обозначим через xi = xi+1 − xi .

Рис. 1.

17

На каждом частичном отрезке [xi ; xi+1 ]

разбиения выберем произвольную точку

ξi [xi ; xi+1 ]. В каждой точке ξi

вычислим значение функции

f (ξi ) .

 

Составим сумму S n

= n∑−1

f (ξi )

xi

, которую будем называть интегральной

суммой функции f

 

i =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, соответствующей этому разбиению.

 

 

 

 

Обозначим через λ =

max

 

 

 

xi

максимальную длину частичных отрезков [xi ; xi+1 ].

 

 

 

 

0≤i≤n−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Пусть

f (х)

непрерывная функция на [а;b]. Если существует предел

последовательности интегральных сумм Sn

при

λ → 0 (и

n → ∞ ),

независящий от

способа разбиения отрезка [а;b]

и от выбора точек ξi , то он называется определенным

интегралом от функции

f (х) на отрезке [а;b]. Функция

f (х) называется при этом

интегрируемой на [а;b].

 

 

 

 

 

 

n−1

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

lim Sn =

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначается:

 

 

∑ f (ξi )

xi = ∫ f (x)dx ,

 

 

 

 

 

λ→0

max

 

x →0

i=0

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

n→∞

n→∞

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где a - называется нижним пределом

интегрирования;

а

b -

верхним пределом

интегрирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрический смысл определенного интеграла

 

Пусть

функция

y = f (x)

непрерывна

и

неотрицательна на [а;b]. Произведение

f (ξi )

xi

численно равно площади прямоугольника, имеющего основание [xi ; xi+1 ] и

высоту f (ξi ) .

 

 

 

 

 

[xi ; xi+1 ]

 

 

 

 

 

 

 

 

Построив на каждом отрезке

 

такой прямоугольник, получим ступенчатую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n−1

 

 

 

фигуру, площадь которой равна интегральной сумме Sn = ∑ f (ξi )

xi .

 

λ → 0 , то площадь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=0

 

 

 

 

Если

 

ступенчатой фигуры будет

стремиться

к площади так

называемой криволинейной трапеции, ограниченной кривой

y = f (x) ,

прямыми x = a ,

x = b и осью Ox (рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

Таким образом ∫ f (x)dx = S . a

Рис. 2.

ЗАМЕЧАНИЕ 1

Понятие определенного интеграла так, как мы его определили, было введено для непрерывных функций французским математиком Коши. Говорят, что непрерывная на

отрезке [а;b] функция интегрируема на нем в смысле Коши.

В общем случае – для функций не обязательно непрерывных – может существовать предел интегральных сумм, тогда говорят, что функция интегрируема в смысле Римана. Это определение дано немецким математиком Б. Ф. Риманом (1826-1866гг.).

ЗАМЕЧАНИЕ 2

18