- •19. Неопределенный интеграл
- •19.1. Свойства неопределенного интеграла. Таблица
- •I уровень
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.3. Интегрирование некоторых выражений,
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.4. Метод интегрирования по частям
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.5. Рациональные функции. Интегрирование
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.6. Интегрирование тригонометрических выражений
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.7. Интегрирование иррациональных функций
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
- •19.8. Интегралы от дифференциальных биномов
- •I уровень
- •II уровень
- •III уровень
I уровень
1.1.Найдите интеграл методом интегрирования по частям:
1) 2)3)
4) 5)6)
1.2.Найдите интеграл методом интегрирования по частям:
1) 2)
3) 4)
5) 6)
1.3.Найдите интеграл методом интегрирования по частям:
1) 2)3)
4) 5)6)
1.4.Найдите интеграл методом интегрирования по частям:
1) 2)3)
4) 5)6)
7) 8)9)
II уровень
2.1.Найдите интеграл:
1) 2)
3) 4)
5) 6)
7) 8)
9) 10)
2.2.Найдите интеграл:
1) 2)3)
4) 5) 6)
7) 8)
2.3.Найдите интеграл:
1) 2)
3) 4)
2.4.Найдите интеграл:
1) 2)
3) 4)
2.5.Найдите интеграл, комбинируя методы интегрирования по частям и замены переменной:
1) 2)3)
4) 5)6)
7) 8)
III уровень
3.1.Найдите интеграл:
1) 2)3)
4) 5)6)
3.2.Получите рекуррентную формулу для вычисления интеграла и с ее помощью найдите интеграл для указанногоn:
1) 2)
3) 4)
5) 6)
7) 8)
9) 10)
11) 12)
13)
19.5. Рациональные функции. Интегрирование
простейших дробей
Рациональной функциейилирациональной дробьюназывается функция видагде– многочлены с рациональными коэффициентами степенейnиmсоответственно. Еслито дробь называетсяправильной, еслито –неправильной.
Всякую неправильную дробь путем деления числителя на знаменатель можно представить в виде суммы многочлена и правильной дроби
где – многочлены,– правильная дробь,
Интегрирование рациональных дробей сводится к интегрированию многочлена S(x) и правильной рациональной дробиЕсли выражение в знаменателе правильной дроби разлагается на множители, то ее можно представить в виде суммы простейших дробей (методы разложения на сумму простейших дробей смотрите в параграфе 2.3, часть 1, с. 47–54).
Среди правильных дробей различают четыре типа простейших дробей:
I
II
III
IV
где A,M,N,a,p,q– постоянные действительные числа,k– натуральное число, дискриминант
Неопределенные интегралы от простейших дробей
1.
2.
3. Интегрирование простейшей дроби IIIтипа производят соответственно способу вычисления интеграла (19.19), который описан в параграфе 19.3.
4. В числителе дроби IVтипа выделим производную квадратного трехчлена
Тогда
Вычислим интегралы последней суммы отдельно.
Согласно формуле (19.3) таблицы интегралов, имеем:
Для вычисления второго интеграла выделим в знаменателе полный квадрат:
Сделаем замену переменной Обозначивполучим:
Последний интеграл, который обозначим вычисляется по рекуррентной формуле
(19.21)
где
В частности,
Интегралы вида гдеm– целое положительное число, вычисляются с помощью заменыТогда
Эта замена приводит к интегралу
Пример 1. Найти интегралы:
1) 2)
3) 4)
Решение. 1) Разложим на множители знаменатель дроби:
Так как каждый множитель ивходит в знаменатель в первой степени, то каждому из них соответствует простейшая дробьI типа. Тогда общий вид разложения на сумму простейших дробей будет иметь вид:
Приведем правую часть к общему знаменателю:
Приравнивая числители, получаем:
Два многочлена равны, если равны коэффициенты при одинаковых степенях переменной x. Приравняем эти коэффициенты:
Получили систему уравнений
Решая ее, находим С = 2. Таким образом,
Значит,
2) Подынтегральная функция является неправильной дробью. Путем деления числителя на знаменатель выделим целую часть рациональной дроби и правильную рациональную дробь:
Тогда
Разложим на множители знаменатель правильной дроби:
Имеем:
откуда
Найдем коэффициенты методом частных значений. В последнем равенстве, полагая последовательно получаем соответственно:
т. е.
Следовательно,
Поэтому
3) Знаменатель подынтегрального выражения имеет корень кратности 2, и простой кореньОбщий вид разложения на простейшие дроби подынтегральной функции в данном случае будет иметь вид:
Приведем правую часть этого равенства к общему знаменателю и приравняем числители:
Приравняв коэффициенты при одинаковых степенях переменной x, получаем систему уравнений, решая которую, находим коэффициенты:
Таким образом имеем разложение:
Тогда
4) Знаменатель подынтегрального выражения имеет простой корень которому соответствует простейшая дробьI типа, и корень кратности 3, которому соответствует сумма трех простейших дробейI и II типов. Имеем:
Приведем правую часть этого равенства к общему знаменателю и приравняем числители:
Найдем коэффициенты методом частных значений. Полагая получаем:Приимеем:
Найдем производную от обеих частей последнего равенства:
Полагая получаем:Приимеем:
Таким образом,
Тогда
Пример 2. Вычислить неопределенный интеграл:
1) 2)
3) 4)
Решение. 1) Поскольку квадратный трехчлен не имеет действительных корней, то приходим к следующему общему виду разложения подынтегральной функции на простейшие дроби:
Приведение правой части к общему знаменателю и приравнивание числителей дает уравнение:
т. е.
Приравняв коэффициенты при одинаковых степенях x, получаем систему уравнений
Решая полученную систему, находим коэффициенты:
Таким образом,
Следовательно,
2) Имеем:
откуда
Для нахождения неизвестных коэффициентов применим одновременно метод частных значений и метод неопределенных коэффициентов. Подставляя находим:
Для нахождения коэффициентов B и C достаточно приравнять коэффициенты при x2 и x0:
Из последней системы уравнений получаем:
Таким образом,
Тогда
3) Поскольку квадратные трехчлены ине имеют действительных корней, то приходим к следующему общему виду разложения подынтегральной функции на сумму простейших дробей:
Приводим правую часть этого равенства к общему знаменателю и приравниваем числители. Получаем уравнение
Приравняв коэффициенты при одинаковых степенях переменной х, получаем систему уравнений
Решая полученную систему, находим коэффициенты: Таким образом,
Следовательно,
4) В данном случае при разложении подынтегральной функции на простейшие дроби в качестве слагаемых будем иметь простейшие дроби I, III и IV типов:
Отсюда получаем:
Полагая получаем:Приведем подобные члены в правой части этого равенства:
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях переменной x, получим систему уравнений
Из нее находим
Следовательно,
Тогда
Для нахождения последнего интеграла сделаем замену переменной и применим рекуррентную формулу (19.21) для случая
где
Тогда получаем:
Приходим к ответу:
Пример 3. Вычислить интегралы:
1) 2)
Решение. 1) Подынтегральная функция является неправильной дробью. Выделим целую часть дроби, разделив ее числитель на знаменатель по правилу деления многочленов:
Тогда
2) Сделаем замену ТогдаПолучаем интеграл
Возвращаемся к старой переменной, подставим и получаем:
Задания