Ch_2_-_Pr-m_Gl_8-11
.pdfНайти 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 |
= 6∫t 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 = 12∫t 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 |
|
|
|
|
|
|
|
ax−n + 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 (ξi ) 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 (ξi ) 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 = 2∫ f (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 = 3∫ x |
|
dx − 5∫ xdx + 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 |
,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 = 2∫t 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 e− x 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:
2π |
2 |
2π |
2 |
2π |
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 |
|
|
2π |
|
|
|||||
= |
|
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 = 2π ∫ψ (t) |
(ϕ ¢(t))2 + (ψ ¢(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: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2π |
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S x = 2π ∫ (1 - cos t) |
|
|
= 2π ∫ (1 - cos t )2 sin t / 2dt = |
|
|
|
||||||||||||||||
(1 - cos t)2 |
+ sin 2 t |
|
|
|
||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
2 |
|
|
|
|
|
2π |
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
2π |
|
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 = 4π 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 e− x 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