Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ch_2_-_Pr-m_Gl_8-11

.pdf
Скачиваний:
46
Добавлен:
21.05.2015
Размер:
787.4 Кб
Скачать
1)
Ньютона;

Найти интегралы:

10.146. sin 3 xdx

dx

10.149. 1 + sin x

dx

10.152. 3sin 2 x + 5 cos2 x

dx

10.155. 8 − 4 sin x + 7 cos x

10.158. tg

3

x

+

π

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

2

 

4

10.147. cos7 xdx

dx

10.150. sin x − cos x

10.153. cos x dx

1 + cos x

10.156. 1 + tgxdx

1 − tgx

10.159. cos x cos x dx

2 3

10.148.

10.151.

10.154.

10.157.

10.160.

sin 3 x cos 2 xdx dx

2 sin x + sin 2x

sin x

( )3 dx

1 cos x

(2 + cos x)(3 + cos x)

sin 9x sin xdxdx

10.9.Интегрирование некоторых иррациональных функций.

1.Интегралы вида

 

 

ax + b

p1

ax + b

p2

 

ax + b

 

pk

 

R

 

q1

q2

qk

 

 

 

x,

 

 

,

 

 

,...,

 

 

 

dx,

(32)

 

cx + d

cx + d

cx + d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где R

подстановки

рациональная функция и p1 , q1 ,..., pk , qk - целые числа, находятся с помощью

ax + b

= t n , где n – наименьшее общее кратное чисел q , q

 

,..., q

 

.

cx + d

2

k

1

 

 

 

 

 

 

 

2.Интеграл от дифференциального бинома, т.е. интеграл

x m (a + bn ) p dx ,

где m, n, p – рациональные числа, a и b – постоянные, отличные от нуля; сводится к интегралу от рациональной функции в трех случаях:

когда p – целое число, - разложением на слагаемые по формулам бинома

2)

 

 

когда

 

 

m + 1

 

целое число, - подстановкой a + bx n

= t s , где s - знаменатель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дроби p;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

когда

 

 

+ p - целое число, - подстановкой ax n + b = t s .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Найти интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x(1 +

 

 

 

x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это

интеграл

типа

(32),

 

для

 

которого

 

 

ax + b

 

= x

 

(т.е.

a = 1, b = 0, c = 0, d = 1),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cx + d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

=

1

,

p2

=

 

2

,

 

 

p3

=

1

,

общий знаменатель всех дробей равен 6, поэтому применим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q1 3 q2 3

 

 

 

q3

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

подстановку x = t 6

(она дает возможность освободиться от всех радикалов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = t 6 , то

dx = 6t 5 dt,

 

 

 

= t 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

= t 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 6 + t 4 + t

 

 

 

 

t 5

 

+ t 3 + 1

 

 

 

 

t 3 (t 2

+ 1) + 1

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6t

5 dt = 6

 

 

 

 

 

dt = 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

= 6t 3 dt + 6

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

t

6

(1 + t

2

)

 

 

1 + t

2

 

 

 

 

1

 

+ t

2

 

 

 

1

+ t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

3

 

 

+ 6arctgt + C =

3

 

 

+ 6arctgt6

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 4

 

3 x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

59

2. Найти

 

 

 

 

 

 

I =

3 1 + 4

 

 

 

x

 

dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перепишем интеграл в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получим

 

 

m = - 1

; n = 1 ;

p = 1 .

I = x − 2 (1 + x 4 ) dx,

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m + 1

 

1

+ 1

 

1

 

 

= 2 - целое число.

Составим выражение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

 

 

 

=

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 4

Следовательно, здесь мы имеем второй случай интегрируемости. Подстановка запишется так,

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ x 4 = t 3 ,(1+ x 4 ) 3 = t, x 4 = t 3 -1; x = (t 3 -1) 4

; x 2 = [(t 3 -

1)4] 2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

(t 3 -1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = 4(t 3 -1)3 3t 2 dt = 12(t 3 -1)3 t 2 dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

=

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

t ×12(t 3 -1)3 t 2 dt = 12t 3 (t 3 -1)dt = 12(t 6 - t 3 )dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t

3

-1)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 7

 

 

 

t 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

t 3

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

+ C = 12t

 

 

 

 

-

 

 

 

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 12

 

7

 

 

4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возвращаясь к старой переменной, при помощи равенства t = 3 1 + 4

 

 

 

 

 

получим

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + 4

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = 12(1 +

 

 

x )

 

 

1 +

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Найти интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

 

 

dx

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 1

+ x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = x0 (1 + x 4 )

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Найти интеграл

 

в

 

виде

 

 

4 dx ,

 

 

 

 

заключаем, что

 

m = 0, n = 4, p = -

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

Так как

+ p =

1

-

1

= 0

 

 

 

( целое число), то имеем третий случай интегрируемости.

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подстановка

 

 

 

 

 

 

 

axn + b = t s ,

 

где s –

 

 

 

знаменатель числа p,

в данном случае примет

вид x −4 +1 = t 4 , откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x =

(t 4 -1) 4 , dx = -t 3 (t 4 -

1) 4 dt ,

 

4 1 + x 4 = tx = t(t 4 -1) 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 2 dt

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

1

 

t +1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

dt -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

-

 

 

arctgt + C.

 

 

 

t

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t -1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-1 4

 

 

t +1 t

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+1 4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти интегралы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.133.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.134.

 

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.135.

 

 

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x -1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

x + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.136.

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.137.

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.138.

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 + 3

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

2x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

10.139.

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.140. x

 

 

x -1

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.141.

1

 

 

 

 

x - 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x5

x 2 -1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x

60

Глава 11. Определенный интеграл Краткая теория

1. Пусть функция у = f (x) задана на отрезке [a, b]. Разобьем отрезок [a, b] на

n элементарных отрезков точками x0 = a < x1 < x2 < ... < xn = b.

 

В каждом из отрезков разбиения [xi−1, xi ] выберем произвольно точку ξi

и положим

xi = xi xi−1 , где i = 1,2,..., n . Тогда сумма вида

 

n

 

f i ) xi

(11.1)

i=1

 

называется интегральной суммой для функции у = f (x) на отрезке [a, b].

Пусть существует и конечен предел S интегральной суммы (11.1) при стремлении к нулю длины максимального элементарного отрезка xi , не зависящий от способа разбиения отрезка [a, b] на части и способа выбора точек ξi на отрезках разбиения. Тогда

функции у = f (x) называется интегрируемой на [a, b], а число S

- определенным

 

 

 

 

b

 

интегралом от

f (x)

на [a, b], и обозначается f (x)dx :

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

b

n

 

 

 

 

f (x)dx = lim f i ) xi

(11.2)

 

 

 

a

max xi →0 i=1

 

Достаточным условием интегрируемости функции является ее непрерывность на

рассматриваемом отрезке.

 

 

2. Свойства определенного интеграла:

 

 

b

 

b

 

 

1)

αf (x)dx = α f (x)dx,

где α - некоторое число.

(11.3)

 

a

 

a

 

 

 

b

 

b

b

 

2)

( f (x) ±g(x))dx = f (x)dx ±g(x)dx .

(11.4)

 

a

 

a

a

 

 

b

 

a

 

 

3) f (x)dx = −f (x)dx.

 

(11.5)

 

a

 

b

 

 

 

a

 

 

 

 

4) f (x)dx = 0

 

 

(11.6)

 

b

 

 

 

 

 

b

c

b

 

 

5

f (x)dx =f (x)dx +f (x)dx.

(11.7)

 

a

a

c

 

 

6) Теорема о среднем. Если функция у = f (x) непрерывна на отрезке [a, b], то

найдется такое значение ξ [a, b] ,что

 

b

 

 

 

 

 

f (x)dx = f (ξ )(b a)

 

(11.8)

a

 

 

 

 

 

7) Если функция у = f (x) - четная, то

 

a

 

a

 

 

 

f (x)dx = 2f (x)dx

 

(11.9)

a

 

0

 

 

 

Если функция у = f (x) –

нечетная, то

 

a

 

 

 

 

 

f (x)dx = 0

 

 

(11.10)

a

 

 

 

 

 

61

8) Формула Ньютона – Лейбница. Определенный интеграл от непрерывной на отрезке [a, b] функции f (x) равен приращению любой ее первообразной F (x) на этом отрезке:

b

 

f (x)dx = F (b) − F (a) ,

(11.11)

a

 

или

 

F (b) − F (a) = F (x)

 

b

 

 

 

 

 

a

 

9) Замена переменной в определенном интеграле. Если функция ϕ (t)

имеет

непрерывную производную на отрезке [α; β ], a = ϕ (a), b = ϕ (b) и функция непрерывна в каждом точке x = ϕ (t) , где t [α; β ], то

b

β

 

f (x)dx =f (ϕ(t))ϕ ′(t)dt

(11.12)

aα

10)Интегрирование по частям определенного интеграла. Если функции u = u(x) и v = v(x) имеют непрерывные производные на отрезке [a, b], то

b

b

b

 

udv = uv

 

vdu .

(11.13)

 

 

 

aa a

11.1.Методы вычисления определенного интеграла

11.1.Вычислить определенные интегралы:

 

2

3x 4

− 5x2

+ 7

 

 

π

 

ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

dx ;

б)

cos x

dx ;

в)

e x e x − 1dx ;

 

x

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

π / 2

 

1

 

 

 

 

г)

ln(1 − x2 )dx ;

д)

x 2 cos xdx ;

е)

1 − x 2

dx .

 

0,5

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

Решение:

а) используя эквивалентное преобразование подынтегральной функции (почленное деление числителя на знаменатель) и свойства (11.3),(11.4) определенного интеграла, получаем

2

3x 4

− 5x + 7

2

 

3

 

7

2

3

2

2

dx

 

 

dx = 3x

 

− 5x +

 

dx = 3x

 

dx − 5xdx + 7

 

.

 

 

 

 

 

 

1

 

x

1

 

 

 

x

1

 

1

1

x

Все три интеграла – табличные; согласно (11.11), окончательно имеем:

2

 

 

4

 

− 5x + 7dx = 3 x

4

 

2

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4 − 1) + 7(ln 2 − ln1) = 3,75 + 7 ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

 

 

 

 

 

− 5 x

 

 

+ 7 ln x

1

= 3

(16 − 1) − 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

x

4

 

1

2

 

1

 

 

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

при x 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− cos x

 

 

 

при x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то (см. (11.7))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π0

 

 

 

 

ππ / 2

 

 

 

cos x

 

dx = cos xdx + (− cos x)dx = sin x

 

/ 2

− sin x

 

= (1 − 0) − (0 − 1) = 2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

Воспользуемся

 

 

 

 

 

заменой

переменной:

 

 

 

пусть

 

t =

 

e x -1 .

Тогда

t 2 = ex -1, ex = t 2 +1, 2tdt = exdx и dx =

 

2tdt

 

 

. Найдем

 

 

 

пределы

 

интегрирования по

 

t2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = ln 2 , то

 

 

 

 

 

переменной t:

если

 

то

 

 

 

t =

 

 

e0 -1 = 0 ;если

t = eln 2 -1 = 1 .Искомый

интеграл теперь принимает вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 3

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e x

 

e x -1dx = (t 2 +1)t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt = 2t 2 dt =

2

 

 

 

 

=

 

 

 

(13

- 03 ) =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

t

2

+

 

 

3

3

3

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г) Воспользуемся формулой (11.13) интегрирования по частям: пусть

 

u = ln(1 - x2 ), dv = dx . Тогда du = (ln(1 - x 2 ))¢dx = -

 

 

 

2x

 

 

 

dx ,

v = dv = dx = x и

 

 

- x

2

 

 

(см.(10.13))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(1 - x 2 )dx = x ln(1 - x2 )

 

 

+

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

1 - x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

(x 2 -1) +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,5 ln 4 / 3 - 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

= 0,5 ln 4 / 3 - 2 dx - 2

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

-1

 

 

 

 

 

 

2

-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

0,5 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,5 ln 4 / 3 - 2x

 

0

 

- 2 ×

1

 

 

x -1

 

 

0

= 1 + 0,5 ln12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

x

+1

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д) Как было отмечено выше (см. § 10.3), данный интеграл находиться с помощью

последовательного

 

применения

 

 

 

 

 

 

 

формулы

 

 

 

 

интегрирования

 

по

 

частям.

Пусть

u = x2 , dv = cos xdx. . Тогда du = (x2 )¢dx = 2xdx , v = cos xdx = sin x и (см.(11.13)).

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 cos xdx = x 2 sin x

 

π0

/ 2

 

-

2x sin xdx = π

 

 

 

 

- 2 x sin xdx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для нахождения последнего интеграла вновь применяем формулу (11.13):

u = x ,

dv = sin xdx . Тогда du = dx , v = sin xdx = - cos x и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

x 2 cos xdx = π

 

 

- 2x(-cosx)

 

π0

/ 2

- 2 cos xdx = π

 

 

 

- 2 sin x

 

π0

/ 2

= π

 

- 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = sin t . Будем полагать, что

е) Воспользуемся тригонометрической подстановкой

t Î [0;π / 2]. Если t = 0 , то x = 0 ; если t = π / 2 , то x = 1. Тогда dx = cos tdt

 

и

 

1

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - x 2

dx =

 

 

1 - sin 2 t

cos tdt =

 

cos t

 

 

cos tdt .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так

как

cos t > 0

 

при

 

t Î [0;π / 2],

 

 

cos t

 

 

 

= cos t .

Применяя

тригонометрическую

 

 

 

 

 

формулу понижения степени, получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

1 + cos 2t

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

π0

 

 

 

 

 

1

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - x 2

dx = cos 2 tdt =

 

dt =

t

 

/ 2

+

 

 

cos 2td 2t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= π +

1

(sin2t

 

π / 2 )= π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

4

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислить определенные интегралы:

5

 

 

 

 

5

 

 

 

xdx

 

 

 

11.2. x

x 2 -16dx .

11.3.

 

 

 

.

 

 

 

 

4

 

 

 

 

1

 

1 + 3x

e2

 

 

 

4

 

 

 

dx

 

 

11.6.

2 ln x +1

dx .

11.7.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

e

x

0

 

 

 

2x +1

2

 

11.4. 4x + 2dx .

1

2x -1

1

11.8. x 2 1 - x3 dx .

−2

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xdx

 

 

 

11.5.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

x -1

 

ln 8

e

x

dx

 

 

11.9.

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 3

 

e x +1

63

ln 2

e

e

3

11.10. xe x dx .

11.11. x ln xdx .

11.12. ln 2 xdx .

11.13. arctgxdx .

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

π

11.14.

x2 ex dx .

11.15. e x

 

−1

 

 

 

 

 

 

0

 

π / 2

 

 

 

 

 

 

11.18.

cos3 x sin xdx .

11.19.

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

dx

 

 

11.22.

 

 

 

.

11.23.

 

 

 

 

 

 

 

x

2

+

4x + 5

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

dx

 

 

 

 

11.26.

 

 

 

 

.

 

11.27.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

+

 

 

 

1

 

x

 

2x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π / 2

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

sin xdx .

 

 

 

 

11.16. (x + 3) sin xdx .

11.17. x sin x cos xdx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

π / 2

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

x 4 sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

ln 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx .

11.20.

 

sin 3 xdx .

 

11.21.

 

e x -1dx .

 

x

6

+ 2

 

−7

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1 / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

1 + x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

11.24.

 

 

. 11.25.

 

 

dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

3 + 2 cos x

 

1 x

x 2 + 5x +1

 

0

 

1 - x

0

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

π / 4

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

11.28.

tg 3 xdx .

 

11.29. x 2

9 - x 2 dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

−11 +

 

 

x

+

1

 

 

 

0

 

 

 

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

11.2. Геометрические приложения определенного интеграла.

Краткая теория Площади плоских фигур

1. Если функция f (x) неотрицательна на отрезке [a, b], то площадь S под кривой

y= f (x) на [a, b] ( площадь криволинейной трапеции, ограниченной кривой y = f (x) и прямыми x = a, x = b, y = 0 ) (см.рис (11.1) численно равна определенному интегралу

от f (x) на данном отрезке:

b

 

S = f (x)dx

(11.14)

a

(геометрический смысл определенного интеграла).

Рис.11.1

2. Если функция y = f (x)- неположительная на отрезке , то площадь S над кривой y = f (x) на [a, b] (см.рис.11.2.) равна определенному интегралу от f (x) на [a, b], взятому со знаком «минус»:

b

 

S = - f (x)dx

(11.15)

a

Рис. 11.2

3. Если f2 ( x) ³ f1 ( x) на отрезке [a, b], то площадь S фигуры, заключенной между кривыми y = f2 ( x) и y = f1 ( x) на этом отрезке определяется формулой

b

 

 

S = ( f2 (x) - f1 (x)

) ) dx .

(11.16)

a

64

4. Если верхняя ограничивающая линия фигуры (см. рис. 11.1) задана параметрически: x = ϕ (t) , y = ψ (t) , где t [α; β ], ϕ(α ) = a , ϕ(β ) = b , то площадь S этой фигуры вычисляется по формуле:

β

 

S = ψ (t)ϕ ′(t )dt .

(11.17)

α

 

Длина дуги кривой

 

5. Длина S дуги кривой y = f (x), заключенной между точками с абсциссами

 

x = a и x = b , определяется по формуле

 

b

 

 

 

S =

1 + ( f )2

dx

(11.18)

a

Площадь поверхности вращения

6. Площадь поверхности, образованной вращением вокруг оси Ox кривой y = f (x), заключенной между точками с абсциссами x = a и x = b , определяется по формуле

b

 

S x = 2π f 1 + ( f )2 dx

(11.19)

a

Объемы тел вращения

7. Если функция y = y(x) знакопостоянна на отрезке

[a, b], то объем Vx тела, образованного вращением вокруг оси

Ох фигуры, ограниченной линиями

y = y(x), x = a, x = b, y = 0

(см. рис. 11.4), вычисляется по формуле

 

 

b

 

Vx

= π y 2 (x)dx

(11.20)

a

Рис. 11.4

Аналогично, объем Vy тела, образованного при вращение вокруг оси Oy плоской фигуры, ограниченной линиями y = c, y = d , x = x( y), x = 0 (см.рис. 11.5), вычисляется по формуле

d

 

Vy = π x2 ( y)dy

(11.21)

c

Рис. 11.5

11.30. Найти площади плоских фигур, ограниченных линиями:

а) y = x 2 , y = 1 , x = 3, y = 0; б) y = 2x x 2 , y = 0, x = 3 x

(фигура расположена в первой четверти);

Решение:

65

 

а) Искомая площадь S = SOABC - это площадь под «кривой»

 

ОАВ (см. рис. 11.6) на отрезке [0; 3].

 

Линия ОАВ состоит из части ОА параболы y = x 2 и части АВ

 

гиперболы

y = 1 x . Соответственно, площадь S найдем как

 

сумму двух

площадей:

S = SOAD + S ABCD , каждую из которых

Рис.11.6

вычислим,

опираясь на

геометрический смысл определенного

интеграл(см. формулу (11.14)).

Решая систему

 

 

 

y = x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

находим координаты точки А: (1, 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда S AOD = 1

x 2 dx =

x3

 

 

=

1

,

S ABCD

= 3

dx

 

= ln

 

x

 

3 = ln 3

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

0

3

 

 

 

 

x

 

 

 

1

0

 

и

S = S

 

 

+ S

1

=

1

+ ln 3 ≈ 1,43 (ед.² ).

 

 

 

 

 

 

 

OAD

ABCD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Фигура искомой площади S состоит из двух

 

криволинейных

 

треугольников: AOB и BCD,

расположенных (соответственно) выше и ниже оси Ох (см.рис. 11.7). Площадь этих треугольников найдем по формулам (11.14) и (11.15):

Рис. 11.7

S AOB

S BCD

 

2

 

 

 

x3

 

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

(2x x 2 )dx = x

2

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

(2x x 2 )dx =

x 2 +

3

 

 

 

 

 

=

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда S = S AOB + S BCD =

4

+

4

=

8

(eд.²)

 

3

 

3

 

3

 

11.31. Найти площадь фигуры, ограниченной осью Ох и

циклоидой x = t − sin t, y = 1 − cos t

на отрезке [0; 2π ] (см. рис.

11.10).

 

 

 

 

 

 

Решение. Используя формулу (11.17), получаем:

2

2

3

 

1

 

S = (1 − cos t)

 

dt =

(1 − 2 cos t + cos

t)dt =

 

− 2 cos t +

 

cos 2t dt =

 

 

 

0

 

0

 

0

2

 

2

 

 

3

 

1

 

 

 

 

=

 

t − 2sin t +

 

sin 2t

 

= 3π ≈ 9,4 (ед.² ).

 

 

 

2

 

4

 

 

0

 

 

 

 

11.32. Найти длину дуги полукубической параболы y 2 = x3 от начала координат до

точки с координатами (4/3, 8 3 /9). Решение. Указанный участок кривой расположен в первой четверти и задается уравнением y = x3 / 2 . Так как в этом случае f ′(x) = 1,5x1/ 2 то, применяя формулу (11.18), получаем

4 / 3

 

4 / 3

 

 

 

 

 

8

 

 

 

3 / 2

 

4 / 3

 

 

 

 

 

 

(ед.

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

9

8

 

 

 

 

56

 

S =

2

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 / 2

 

 

2

1 + ( f )

1 +

 

 

xdx =

 

1

+

 

x

 

 

=

 

(4

 

− 1)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

4

 

 

27

 

4

 

 

 

0

27

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

66

11.33. Найти площадь поверхности, образованной вращением циклоиды x = t − sin t , y = 1 − cos t при t Î [0;2π ] (см. рис. 11.10) вокруг оси Ох.

Решение. Для получения формулы площади поверхности вращения в случае параметрического задания кривой достаточно произвести соответствующую замену

переменной в исходной формуле (11.19).

 

 

 

x Î[a, b],

 

 

 

 

 

 

 

Более точно,

если для кривой

y = f (x) ,

где

 

имеем x = ϕ (t) ,

y = ψ (t) ,

 

 

 

 

 

 

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t Î [α , β ] и ϕ (α ) = a,ϕ (β ) = b , то

 

S x = ψ (t)

¢(t))2 + ¢(t))2

dt .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полагая теперь ϕ (t) = t − sin t , ψ (t) = 1− cos t, α = 0, β = 2π , получаем выражения для

искомой площади поверхности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S x = (1 - cos t)

 

 

= (1 - cos t )2 sin t / 2dt =

 

 

 

(1 - cos t)2

+ sin 2 t

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= -16π (1 - cos

 

t / 2)d cos t / 2

= -16π cos t

/2

0

-

 

cos

 

t /2

 

0 = 64π / 3 » 67(ед.

 

)

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.35.. Найти объем тела, образованного вращением вокруг оси Ох круга

единичного радиуса с центром в точке (0; 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Отметим, что тело указанного вида в геометрии называется тором.

 

 

 

 

 

 

Искомый

объем

 

 

Vx

= VABCEF VADCEF

,

 

где

VABCEF , VADCEF объемы, полученные при вращении вокруг оси Ох фигур, ограниченных соответственно линиями ABCEF и ADCEF (рис. 11.13). Уравнения полуокружностей ABC и ADC имеют вид:

y = 2 ± 1 - x 2 (соответственно).

Рис. 11.13

 

Используя (11.20),(11.4), получаем:

 

 

 

 

1

 

2

1

 

 

1

 

 

 

 

Vx = π (2 +

1- x2

) dx -π (2 -

1- x2

;)2 dx = π 8

1- x2

dx .

 

 

 

 

−1

 

−1

−1

Применяя (11.9) и результат примера 11.1, е, окончательно имеем

1

 

 

 

dx = 16π × π = 2 » 39,5 (ед.³)

 

 

 

Vx = 16π

1 - x 2

 

 

 

0

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найти площадь фигур, ограниченных линиями:

 

 

 

11.36. y = ex , y = ex / 2 , y = e2 .

 

11.37. y = x4 - 2x2 , y = 0 .

 

 

 

11.38. y = 3 + 2x - x2 , y = x +1

 

11.39. y = x2 + 3, xy = 4, y = 2, x = 0 .

11.40. y = x3 , y = -2x2 + 3x (фигура расположена в первой четверти).

11.41. y =

 

 

, y = x +1 .

 

11.42. y = cos 2x, y = 0, x = 0, x = π / 4 .

 

1− x

 

11.43. y = 2 − x4 , y = x2 .

 

11.44. xy = 1, y = x2 , x = 3, y = 0 .

11.45.x = 0, x = 2, y = 2x , y = 2x x2 .

11.46.y = arcsin 2x, x = 0, y = −π / 2 .

11.47.y = x2 +1, x = y2 , 3x + 2 y −16 = 0, x = 0 .

11.48.y = (x +1)2 , y2 = x +1 .

11.49.y = 4 - x2 , y = x2 - 2x, y = 0 (фигура расположена во второй четверти).

67

11.50. y = − 1 x2 + 2, x + 2 y − 4 = 0, y = 0 . 2

11.51. x = 0, y = 4x x2 и касательная к графику этой функции в точке с абсциссой

x= 3 .

11.52.x = cost, y = 2sin t, t [0; 2π ]. 11.53. x = cos3 t, y = sin3 t, t [0; 2π ].

Найти длину дуг следующих кривых:

 

11.54. y = 2 x от х = 0 до х = 1.

11.55. y = ln x от x = 3 до x = 8 .

11.56.y = arcsin ex от x = 0 до x = 1

11.57.x = t − sin t, y = 1− cos t от t = 0 до t = 2π .

Найти площадь поверхности вращения, полученных при вращение вокруг оси Ох следующих кривых:

11.58. y = x3 при x [0; 4

 

].

11.59. 9 y2 = x(3 − x)2 при x [0; 3].

1/ 3

11.60. x2 + y 2

= 9 при x [− 2;1].

11.61. x = cos3 t, y = sin3 t при t [0; π / 2].

Найти объем тел, образованных при вращение вокруг оси Ох и Оу плоских фигур,

ограниченных линиями:

11.68. y = ln x, y = 0, x = e .

11.62. y = x3 ,

y = 4x .

11.63. y = sin x, y = 0 при 0 ≤ x ≤ π .

11.69. y = −x2 + 4, y = x2 , x = 0 .

11.64. y = 4 / x, x = 1, x = 4, y = 0 .

11.70. y =

 

, y =

 

, x = 0 .

 

16 − x2

6x

11.65. y =

1

x2 − 2x, x = 0 .

11.71.

 

 

 

 

 

2

 

y = x2 +1, x = y2 +1, y = 0, x = 0, x = 2 .

11.66. y = x2 , xy = 8, y = 0, x = 4 .

11.67. x =

 

 

 

 

y −1, x = 0, y = 5 .

11.72. Найти объем тела, полученного при вращение фигуры, ограниченной линиями y = 2x x2 , y = 0 вокруг прямых: а) x = −1; б) y = 1.

11.3. Несобственные интегралы А. Несобственные интегралы с бесконечными пределами интегрирования

Краткая теория

Пусть функция y = f (x) интегрируема на произвольном отрезке [a, t].

 

 

+∞

 

Несобственным интегралом (первого рода)

f (x)dx

называется предел функции

 

 

a

 

t

 

 

 

f ( x ) dx при t → ∞ , т.е.

 

 

 

a

 

 

 

+∞

t

 

 

f (x)dx = lim

f (x)dx

(11.22)

t →+∞

 

 

a

a

 

 

Если предел, стоящий в правой части равенства (11.22), существует и кончен то соответствующий несобственный интеграл называется сходящимся; в противном

случае — расходящимся.

Аналогично, по определению,

b

 

 

b

 

 

 

f ( x ) dx

= lim

f ( x ) dx

,

(11.23)

 

t → +∞

 

 

 

− ∞

t

 

 

 

+∞

 

a

+∞

 

 

 

f (x)dx =

 

f (x)dx + f (x)dx ,

 

(11.24)

−∞

−∞

a

 

 

 

68

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]