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

Higher_Mathematics_Part_2

.pdf
Скачиваний:
408
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
7.48 Mб
Скачать

19.

Find

 

 

 

dx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 9x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

Solution.

 

 

dx

 

 

 

=

1

 

dx

 

=

1

 

 

=

1

arctg 3x + C .

1

+ 9x

2

 

9

1/ 9

+ x

2

9

(1/ 3)

2

+ x

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20.

Find

 

 

x 2 dx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. As the power of the numerator is not less than that of the

denominator, we use long division:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 dx

 

 

 

 

 

 

 

(x 2

+ 1) 1

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

x 2 + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= dx

 

 

dx

 

 

= x arctg x + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Find

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x + 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

 

 

dx

 

=

 

1

ln | 5x + 3 | +C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x + 3

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Find cos3xdx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. cos 3xdx =

1

sin 3x + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Find (2x 1)5 dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. (2x 1)5 dx =

1 (2x 1)6

 

+ C =

(2x 1)6

+ C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Find

 

 

 

xdx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + 2

 

 

 

 

(x + 2) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

xdx

=

dx =

 

dx 2

dx

=

 

 

 

 

x + 2

 

 

 

 

 

 

x + 2

 

x + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x 2 ln

 

x +2

 

+C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Find

 

 

 

 

 

5dx

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 (3x

+ 8)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. By formula 13 and (2.1):

 

 

 

 

 

5dx

 

 

 

=

5

arcsin

3x + 8

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 (3x + 8)2

3

 

 

5

 

26. Find

 

 

 

 

4dx

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x

2

6x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. First perform algebraic manipulations on an integrand, as is shown:

 

 

 

 

 

 

 

 

4x

2

– 6x + 7

 

2x

3

 

2

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

+

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

Now it is easy to find the integral:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4dx

 

 

1 2

 

 

2x

3

 

 

 

 

 

4

 

4x 3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

+ C

=

 

 

arctg

 

+ C.

 

2x

3

2

+

19

2

19

19

 

 

 

19

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІ. Using substitution

27. Find

2xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. Note that 2x is the derivative of x2 + 7. Introduce u = x2+7. Then

 

 

2xdx

 

du

 

 

 

 

 

 

du = 2xdx, and

 

= u .

 

 

 

 

 

 

x2 + 7

 

 

 

 

 

 

Now it’s easy to find

duu .

 

 

yields ln|x2 + 7|. Since x2 + 7 is always

Replacing u by x2 + 7 in ln|u|

 

 

positive we can omit the absolute-value bars:

 

 

 

 

 

 

 

 

2xdx

 

= ln (x

2

+ 7)+ C.

 

 

 

 

 

 

x2 + 7

 

 

 

 

 

 

 

 

2xdx

 

d

x2 + 7

)

 

We can write this as

=

 

 

(

= ln (x2 + 7)+ C.

x2 + 7

 

 

x2 + 7

 

28. Find x 2 xdx .

Solution. Using the substitution

 

2 x = t , we get

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x = t 2 ,

x = 2 t 2

and

dx = −2tdt .

 

 

 

 

 

 

Then evaluate the new indefinite integral:

 

2

 

 

4

 

 

 

 

x 2 xdx = (2 t 2 ) t (2t)dt = 2(t

4 2t 2 )dt =

t 5

t 3

+ C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

3

 

 

 

 

Replacing t by

2 x we have

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2 xdx = 2

(2 x)5

4

(2 x)3 + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29. Find

 

 

dx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. Using the substitution

1e x

= t . In this case it’s more useful to

find dt : dt = −e x dx

 

and just as e x

= t 1 so dt = (t 1)dx , or

dx =

 

dt

.

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Since

 

 

dx

 

=

dt

=

t (t 1)

 

1

 

 

1

 

d (t 1)

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

dt =

 

 

 

 

 

dt =

 

 

=

1

e

x

t(t 1)

t(t 1)

 

 

 

t

t 1

t

 

 

 

 

t 1

 

 

 

 

 

= ln | t 1| ln | t | +C = ln ex ln 1ex + C = x ln1e x + C .

30. Find 4 x 2 dx .

Solution. Using the substitution x = 2 sin t , dx = 2 cos tdt . Thereby

4 x 2 = 4 4 sin 2 t = 2 1sin 2 t = 2 cos t .

Therefore

4 x 2 dx = 2 cos t 2 cos tdt = 4cos2 tdt =

= 2(1+ cos 2t)dt = 2t + sin 2t + C .

Replacing t, we have:

 

 

 

 

 

 

 

 

sin t =

x

, t = arcsin

x

,

 

sin 2t = 2 sin t cos t =

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

= 2 sin t 1sin 2 t

= 2

x

 

1x 2

= x

4 x 2 ,

 

 

 

 

 

2

 

 

4

2

 

4 x 2 dx = 2 arcsin

 

x

+ x

4 x 2

+ C .

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Frequently the basic integration form (2.2) is useful. It is provided to perform the following algebraic manipulations of the differential.

dx = d(x + b) , b is a constant,

dx =

1

 

d (ax + b) ,

а, b are the constants,

 

 

 

a

 

 

 

 

 

xdx =

1

d (x2 ) ,

 

dx

= d(ln x) ,

 

2

 

 

x

 

 

cos xdx = d (sin x) ,

sin xdx = −d (cos x) ,

dx

 

 

 

= d (tg x) ,

 

dx

 

= −d (ctg x)

cos2

 

 

 

 

sin2

 

x

 

x

31. Find x 1 + x2 dx .

Solution. As in our case xdx = 12 d (1 + x2 ) , for the original integral we can

state

x 1 + x2 dx = 12 1 + x2 d (1 + x2 ) .

73

 

 

 

 

 

1

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The table integral is provided u 2 dx =

 

u 2 + C , we get

 

3

 

 

 

x 1 + x2 dx =

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 + x2 )

 

d (1 + x2 ) =

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

=

1

 

2

(1 + x2 )

 

 

+ C =

1

(1 + x2 )

 

 

 

+ C .

 

 

2

2

 

 

 

 

3

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32. Find x3ex4 dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Solution. Finding d(x4 ) = −4x3dx , then

x3dx = −

d (x4 ) . Hence

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

x3ex4 dx = −

ex4 d(x 4 ) = −

1

ex4

+ C .

 

 

 

 

 

dx

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

33. Find

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

ln 2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. As in our case d(ln x) =

1

dx , for the original integral we can state

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

x

d ln x .

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

x 1 ln 2 x

1 ln 2 x

We get the table integral

du

 

= arcsin u + C . Therefore,

 

 

 

 

 

 

 

 

1 u 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

= arcsin(ln x) + C .

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

arctg x

 

 

1ln2 x

 

 

 

34. Find

dx .

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ x

 

 

 

 

 

arctg2 x

 

Solution.

arctg x

dx = arctg xd (arctg x) =

+ C .

2

 

 

 

 

1+ x

 

 

 

 

2

 

35. Find

x2 x3 7dx .

 

 

 

 

 

 

1

Solution. We can write this as x2 (x3 7)2 dx . Notice that the integrand

contains a power of the function x3 – 7. If u = x3 – 7 then du = 3x2dx.

Since the constant factor is 3 in du, the constant 7 does not appear in the integrand, this integral does not have the form of un du . However we can put

the given integral in this form by first multiplying and dividing it by 3. This does not change the value. Thus:

74

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

u = x3 7

 

 

 

x2 x3 7dx =

(x3 7)2 3x2dx =

 

 

 

 

 

 

=

 

 

3

du = 3x2dx

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

u 2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

3

 

 

=

u 2 du

=

 

 

+ C =

u 2

+ C =

 

(x

7)2

+ C.

3

 

3

3

 

 

3 3

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

Or x2 x3 7dx =

1

 

 

x3 7d (x3 7)=

2

(x3 7)

 

+ C.

 

 

2

 

3

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36. Find

 

4x3 3x

 

 

dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

4

3x

2

+

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

If u = 2x43x2 + 7 then du = (8x3 – 6x)dx which is two times greater then the numerator.

We multiply the integrand by 2 and compensate it by the factor 12 putting it before the integral sign.

 

1 2(4x3 3x)dx 1

 

 

 

 

 

 

(8x3 6x)dx

 

 

 

u = 2x4 3x2 + 7

 

1 du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

du = (8x3 6x)dx

=

 

 

 

=

2

2x4 3x2 + 7

2

2x4 3x2 + 7

2

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

ln

 

 

 

 

 

+ C =

1

 

ln

 

2x4

 

3x2 + 7

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37.

Find

 

sin xdx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + cos2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin xdx

 

=

 

t = cos x

 

= −

(sin x)dx

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

dt

2 + cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

dt = − sin xdx

 

 

 

 

 

 

2 + cos2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= − ln

 

t + 2 + t2

 

+ C = − ln

 

cos x + 2 + cos2 x

 

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38.

Find

2dx

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2dx

 

 

 

t = ln x

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

dt =

dx

 

 

=

2

 

 

 

= 2t3dt = −

 

t2 + C = C

 

.

 

 

 

x ln3 x

t3

 

2

ln2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІІ. Using integration by parts

39. Find

x cos xdx .

Solution.

To use the formula (2.1), it is necessary to write x cos xdx in the

form udu . The integrand is so simple that there is not much choice. Try u = x and dv = cos x dx; that is break up the integrand this way:

x cosx dx u dv

Then find du and v. Since u = x, it follows that du = dx. Since dv = cos x dx, we choose v = sin x. Of course v could be sin x + C for any constant C, but choose the simplest v whose derivative is cos x. Applying integration by parts yields:

x cos x dx = x sin x sinx dx.

u dv

u v

v du

v du is simpler than the original integral ∫u dv.

∫ sin x dx = cos x C.

Hence ∫ x cos x dx = x sinx + cosx + C. Save the constant of integration till the end. The reader may check this by differentiation.

We denote: u = cos x; dv = x dx. Let us see what this method gives:

x cos xdx =

 

u = cos x du = − sin xdx

 

= −

x2 cos x

+

x2

sin xdx.

 

 

 

 

x2

 

 

dv = xdx v =

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The new integrand is harder than the one we started with. Though sinx is not

harder than cosx; x2 sin x is definitely harder than xcosx for the exponent has 2

increased from 1 to 2. 40. Find x ln xdx.

Solution.

Setting dv = lnxdx is not a wise move since v = ln xdx is not immediately

apparent. But setting u = lnx is promising since du = dxx is much easier than lnx. This second approach goes through smoothly:

76

 

 

u = ln x du =

dx

 

 

x2

 

 

 

x2

 

dx

 

x ln xdx =

 

x2

 

=

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

dv = xdx v =

 

x

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

x2 ln x

1

xdx =

x2

 

ln x

x2

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

The result may be checked by differentiation.

Remark 1. The key to applying integration by parts is the correct choice of u and dv. Usually three conditions should be met:

First: v can be found by integrating and should not be too messy.

Second: du should not be messier than u.

Third: vdu should be easier than the original udv .

For instance x2e2x dx , with u = x2 and dv = e2xdx, meets these criteria. In this case v = e2x can be found and is not too messy; du = dx2 = 2xdx is easier than u as example 25 shows. vdu is indeed simpler than udv .

41. Find ln xdx .

Solution.

ln xdx =

u = ln x du =

dx

= x ln x x

dx

= x ln x x + C.

x

 

 

 

 

 

 

 

x

 

dv = dx v = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42. Find ln2 xdx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. ln2 xdx =

 

u = ln

2

x du

=

2ln xdx

 

= x ln2 x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

dv = dx v = x

 

 

 

 

 

2

x ln xdx

= x ln x2 2ln xdx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

By example 41 ln xdx = x ln x x + C. Thus: ln2 xdx = x ln2 x 2x ln x + x C.

43. Find. arctg 2xdx.

77

Solution. arctg 2xdx =

u = arctg 2xdx du =

 

 

 

2dx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = dx v = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x arctg 2x

 

2xdx

 

=

 

1+ 4x2 = t

 

 

=x arctg 2x

1

 

8xdx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

4

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x

 

 

 

 

 

dt = 8xdx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ 4x

 

 

 

 

 

 

 

 

= x arctg 2x

1

dt

 

= x arctg 2x

1

ln

 

t

 

 

+ C =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

t

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= x arctg 2x

1

ln (1+ 4x2 )+ C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44. Find x2e2 xdx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution. x

2

 

2 x

 

 

 

 

 

 

 

u = x2

 

 

du = 2xdx

 

 

1

 

2

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

dx =

dv = e2 xdx v =

1

e2x

 

=

x

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 e

 

2xdx =

2 x

e

 

 

 

xe

 

 

 

dx =

 

u = x du = dx

2x

 

= 2 x

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x

2 x

2 x

dv = e

2xdx v = 1 e

 

2 x

1

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

xe2x +

 

1

e2x dx =

1

x2e2x

1

xe2x +

1

e2x

+ C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Integration by parts with u = x3 could be used to express

 

x3e2xdx

in terms

of x2e2 xdx. Another integration by parts with u = x2, then expresses

x2exdx

in terms of

xexdx, as was done in Example 25. Each time integration by parts

lowers the exponent by 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45. Find (x2 2x + 5)ex dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv = ex dx , therefore

 

v = −ex

Solution. In this case

 

u = x2 2x + 5 and

 

 

and du = (2x 2)dx .Hence

(x2 2x + 5)ex dx = −(x2 2x + 5)ex + 2(x 1)ex dx .

Using another integration by parts to the last integral:

u = x 1 , dv = ex dx , du = dx , v = −ex ,

(x 1)ex dx = − (x 1)ex + ex dx = −(x 1)ex ex + C1 = − xex + C1 . Thus

(x2 2x + 5)ex dx = −(x2 2x + 5)ex 2xex + C = −(x2 + 5)ex + C .

78

Remark 2. If P(x) is a polynomial of the form

P(x)eαx dx = Q(x)eαx + C ,

where Q(x) is a polynomial which has the same degree of P(x) , then the

indeterminate coefficient method is used. The following example shows how to integrate in this case.

46. Find (x3 + 18)e2x dx .

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

(x3 + 18)e2x dx = (Ax3 + Bx 2 + Cx + D)e2x + C1 ,

where

A, B, C, D are unknown coefficients.

 

Differentiating both parts of the expression with respect to х:

 

(x3 + 18)e2x = (3Ax2 + 2Bx + C)e2x + 2(Ax3 + Bx2 + Cx + D)e2x ,

 

then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 + 18 = (3Ax 2 + 2Bx + C) + 2(Ax3 + Bx2 + Cx + D) ,

 

x3 + 18 = 2Ax3 + (3A + 2B)x 2 + (2B + 2C)x + C + 2D .

 

Since, the coefficients of the same degrees of х are equal and we have

 

 

 

1 = 2A, 0 = 3A + 2B, 0 = 2B + 2C, 18 = C + 2D,

 

therefore A =

1

, B = −

3

, C =

3

,

D =

69

.

 

2

4

 

4

 

8

 

 

Hence

 

 

 

 

 

1

(4x3 6x2 + 6x + 69)e2x + C1 .

 

 

(x3 + 18)e2x dx =

 

 

8

 

Remark 3. Reduction or recursion formulas. Many formulas in a table of integrals express the integral of a function that involves the n-th power of some expression in terms of the integral of a function that involves the (n – 1)-th or lower power of the same expression. These are reduction formulas. Usually they are obtainned by an integration by parts as examples 47 and 48 shows.

47. Find cosln xdx .

Solution. Letting u = cosln x and dv = dx we have

du = − sin ln x

dx

, v = x ,

cosln xdx = x cosln x + sin ln xdx .

x

Using other integration by parts to the last integral:

u = sin ln x , dv = dx , du = cosln x dxx , v = x ,

sin ln xdx = x sin ln x cosln xdx .

Since

cosln xdx = x cosln x + x sin ln x cosln xdx , 79

therefore

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ln xdx =

1

 

(x cos ln x + x sin ln x) + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48. Find

 

 

 

dx

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 + a)n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution.

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

1

 

a + x2 x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

(x2 + a)n

 

a

 

 

 

(x2 + a)n

 

 

a

 

(x2 + a)n

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

a + x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2dx

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

1

 

 

 

 

 

x xdx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2

 

(x2 + a)n

(x2 + a)n

 

 

 

2

 

(x2 + a)n1

 

a

 

(x2 + a)n

 

 

 

 

 

u = x du = dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xdx

 

 

 

 

 

 

 

v =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

dv =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(1n)(x2 + a)n1

 

a

(x2 + a)n1

 

(x2 + a)n

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

a

2(1n)(x2 + a)n1

2(1n)

(x2 + a)n1

a

 

(x2 + a)n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a(1n)(x2 + a)n1

2a(1n)

 

(x2 + a)n1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

2(1n)+ 1

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a(1n)

 

(x2 + a)n1

 

2a(1n)(x2 + a)n1

 

 

 

 

Hence

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

.

 

(2.3)

 

 

 

(x2 + a)n

2a(n 1)(x2 + a)n1

 

 

2a(n 1)

(x2 + a)n1

 

This is a reduction formula.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For example, this formula is spelled in the following case.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

=

 

 

1

 

arctg

x

 

+ C is the table integral;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J 2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+

1

 

1

J1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x2 + a 2 )2

2a 2

 

x 2 + a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

+

 

 

 

1

 

 

 

 

arctg

x

+ C etc.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a3

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 + a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49. Find J n, m =

 

 

 

sin n x

 

dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosm x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]