Основы математики. Неопределенный и определенный интеграл
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2. ∫ |
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dx |
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= ∫ |
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+ t2 |
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= |
2∫ |
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dt |
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= 2∫ |
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dt |
= |
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2sin x − cos x −1 |
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2t |
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1− t |
2 |
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4t −1+ t2 −1− t2 |
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4t − 2 |
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− |
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−1 |
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1+ t2 |
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+ t |
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= ∫ |
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dt |
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= |
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1 ln |
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2t −1 |
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+ C = 1 ln |
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2tg |
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x |
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−1 |
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+ C |
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2t −1 |
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3. ∫ |
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dx |
= ∫ |
dt |
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x |
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= ln |
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t |
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+ C = ln |
tg |
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+ C |
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π |
sin x |
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t |
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sin x |
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x |
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2dt |
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2t |
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4. ∫ |
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dx |
= |
tg |
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= t; x = 2arctgt; dx = |
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; |
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sin x = |
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. Кроме того, |
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(1+ sin x)2 |
2 |
1+ t2 |
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1+ t2 |
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0 |
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π |
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1 |
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4tdt |
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изменим пределы интегрирования: 0 ≤ x ≤ |
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2 0 ≤ t ≤1 |
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∫ |
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= |
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(1+ t)4 |
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1 |
1+ t −1 |
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1+ t |
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dt |
0 |
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dt |
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= 4 |
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dt = 4 |
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dt − |
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dt = 4 |
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− |
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= |
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∫0 |
(1+ t)4 |
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(1+ t)4 |
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(1+ t)4 |
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∫0 |
(1+ t)3 |
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∫0 |
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(1+ t)4 |
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1 |
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1 |
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2 |
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1 |
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4 |
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1 |
= − 1 |
+ 2 + 1 − |
4 |
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1 . |
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= 4∫(1+ t)−3 dt − 4∫(1+ t)−4 dt = − |
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+ |
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= |
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(1 |
+ t) |
2 |
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3(1+ t) |
3 |
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3 |
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0 |
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0 |
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0 |
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0 |
2 |
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6 |
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3 |
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Замечание. Метод интегрирования с помощью универсальной подготовки всегда приводит к цели, но часто он не является наиболее простым. Рассмотрим другие частные случаи, с помощью которых результат получается быстрее, а решение проще.
• В интегралах типа ∫sinnxsinmxdx, ∫sinnxcosmxdx, ∫cosnxcosmxdx
произведение тригонометрических функций преобразовывают в сумму по следующим формулам:
sinnxcosmx = |
1 |
(sin(n + m)x + sin(n − m)x) |
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2 |
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cosnxcosmx = |
1 |
|
(cos(n + m)x + cos(n − m)x) |
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2 |
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sin nxsinmx = |
1 |
(cos(n − m)x − cos(n + m)x) |
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2 |
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30
Пример.
∫sin 2xcos3xdx = ∫ |
1 |
[sin(2x + 3x) + sin(2x − 3x)]dx = |
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2 |
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= |
1 |
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= |
1 |
1 |
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+ C = |
1 |
1 |
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+ C |
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∫sin5xdx − ∫sin xdx |
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(−cos5x) − (−cos x) |
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cos x − |
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cos5x |
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2 |
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2 |
5 |
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2 |
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5 |
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• Если в интегралах типа ∫sinn xcosm xdx оба показателя n и m поло-
жительные (или один равен 0) и четные, то применяют формулы понижения степени:
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cos2 x = 1+ cos2x , |
sin2 x = |
1− cos2x , |
sin xcos x = |
1 sin 2x . |
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2 |
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2 |
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2 |
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|||
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Пример. |
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|||||||||
2n |
|
|
|
4 |
x |
|
|
|
|
4 |
x |
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|
x |
|
|
x 4 |
|
2n |
1 |
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x 4 |
|
|
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∫sin |
|
|
|
|
|
cos |
|
|
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dx |
= ∫ |
sin |
|
|
|
cos |
|
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dx = |
∫ |
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|
sin |
|
|
|
|
dx = |
|
|
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|
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|||||||||||||||||
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4 |
4 |
|
4 |
2 |
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|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
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4 |
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|
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|
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|
|
0 |
|
|
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|
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|
|
|
|
0 |
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|
|
2 |
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|||||||||||
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|
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|
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4 x |
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2 x 2 |
|
1 |
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2 |
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1 |
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2 |
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|||||||||
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
1 |
2n |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
|
|
|
= sin |
|
|
|
|
|
= |
|
(1− cos x) |
|
= |
|
|
(1 |
− 2cos x + cos |
|
x) |
= |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
4 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= |
|
∫sin |
4 |
dx |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
16 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 3 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
− 2cos x + |
(1+ cos2x) |
|
− 2cos x + |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
= |
|
|
|
|
|
cos2x |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2π |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin 2x |
|
2π |
3π |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 2cos x + |
|
cos2x dx = |
|
|
|
− 2sin x + |
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
64 ∫0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
0 |
64 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
• Если в интегралах типа ∫sinn xcosm xdx хотя бы один показатель
нечетный, то применяют так называемый метод отщепления, который состоит в следующем: от нечетной степени отделяют множитель в 1-й степени, а основание другой функции заменяют новой переменной.
Примеры.
1. ∫sin2 xcos3 xdx = ∫sin2 xcos2 xcosxdx =
|
sin x = t |
|
|
|
|
t3 |
|
t5 |
|
1sin3 |
|
1 sin5 |
|
= |
cos xdx = dt |
|
= ∫t |
2 (1− t |
2 )dt = |
− |
+ C = |
x − |
x + C |
||||
|
|
|
|||||||||||
|
cos2 x =1− sin2 |
x |
|
|
3 |
5 |
|
3 |
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31
|
|
|
|
|
|
|
cos x = t |
|
|
|
2. ∫sin3 xcos5 xdx = ∫sin2 xcos5 xsin xdx = |
sin xdx = −dt |
= |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
sin2 x =1− cos2 x |
|
|
|
= −∫(1− t |
2)t |
5dt = − |
t6 |
+ |
t8 |
+ C = − 1 cos6 x + |
1cos8 |
x + C |
||
|
|
|||||||||
|
|
6 |
8 |
|
6 |
8 |
|
|
• Если в интегралах типа ∫sinn xcosm xdx оба показателя четные и хотя бы один отрицательный, то применяют подстановку tgx =t . В результа-
те интеграл сводится к интегралу от рациональной функции. Примеры.
sin2 x |
|
|
sin2 x |
1 |
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
||||||
1. ∫cos6 xdx = ∫cos2 x |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||||
cos2 x |
cos2 x |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
∫ |
|
( |
|
) |
= |
|
dx |
|
= d(tgx); |
|
1 |
|
=1+ tg2x |
|
|
tg2x 1 |
+ tg2x d(tgx) = |
||||||||
cos |
|
|
cos |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
x |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
= ∫tg2xd(tgx) + ∫tg4xd(tgx) = tg3x |
+ tg5x |
+ C |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
5 |
|
2. ∫sindx4 x = ∫sin12 x sindx2 x = ∫(1+ ctg2x)(−dctgx) =
= −∫d(ctgx) −∫ctg2xd(ctgx) = −ctgx − ctg3x + C 3
• Интегралы типа ∫tgnxdx(∫ctgnxdx) берутся с помощью подстанов-
ки tgx = t (ctgx = t) и формул 1+ tg |
2 |
x = |
1 |
|
|
+ ctg |
2 |
x = |
1 |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
. |
|||||||||||||||||||||||
|
cos |
2 |
|
|
sin |
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
x |
||||||||
|
|
Пример. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
∫ |
3 |
|
∫ |
|
2 |
|
∫ |
|
1 |
|
|
|
|
|
∫ |
|
dx |
|
|
|
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
tg |
xdx = |
tg |
|
x tgxdx = |
|
|
|
|
−1 tgxdx = |
tgx |
|
|
|
|
− |
tgxdx = |
||||||||||||||||
|
|
2 |
x |
cos |
2 |
x |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ∫tgxd(tgx) − ∫tgxdx = tg2 x |
+ ln |
|
cos x |
|
+ C |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32
Замечание. При вычислении определенного интеграла необходимо:
• воспользоваться формулой Ньютона–Лейбница
b
∫ f (x)dx = F(x) ba = F(b) − F(a);
a
• если выполнена замена переменной, то обязательно изменение пределов интегрирования.
Примеры.
π |
|
|
|
2 |
|
π |
|
1. ∫(2sin x − 3cos x)dx = (−2cosx − 3sin x) |
|
02 |
= 2 − 3 = −1 |
|
|||
|
|
||
0 |
|
|
|
π
2sin x
2.∫0 (1+ sin x)2 dx.
Для решения воспользуемся универсальной тригонометрической подстановкой и изменим пределы интегрирования:
π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg |
|
x |
|
= t; |
|
|
|
|
|
cos x= |
1− t2 |
|
0 ≤ x ≤ |
π |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
2 |
sin x |
|
|
|
|
|
|
dx = |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1+ t2 |
; |
= |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||
∫(1+ sin x)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2t |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dx = |
|
|
|
|
|
|
|
sin x = |
|
|
0 ≤ t ≤1 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2t |
|
|
|
|
1+ t2 |
|
|
|
1+ t2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 1+ t −1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2dt |
|
|
|
4t |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
1+ t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
= ∫0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
∫0 |
|
|
|
|
dt = 4∫0 |
|
|
dt = |
|
||||||||||||||||
|
|
+ |
|
|
|
|
2t |
|
|
|
2 |
1+ t2 |
(1+ t)4 |
(1+ t)4 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
+ t |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 1+ t |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
||||||||||||
= 4∫ |
|
|
dt − 4∫ |
|
|
dt = 4∫ |
|
dt |
− 4 |
∫ |
|
dt |
= |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
(1+ t)4 |
(1+ t)4 |
(1+ t)3 |
(1+ t)4 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
= − |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
+ |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
1 |
= − 1 |
+ 2 + |
1 |
|
− |
4 |
= 1. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
(1+ t)2 |
|
|
|
|
3(1+ t)3 |
|
|
|
6 |
|
3 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π
3tg2x
3.∫0 4 + 3cos2x dx.
Сделаем замену t = tgx, тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
x = arctgt, dx = |
|
|
dt |
, cos2x = 2cos2 |
x −1= |
2 |
−1 |
= |
1− t |
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
+ t2 |
1+ tg2x |
1+ t2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
33
Пределы интегрирования: t1 = tg0 = 0, t2 = tg π3 = 3.
Интеграл запишется следующим образом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
dt |
|
3 |
|
|
t2dt |
|
|
|
3 |
|
t2dt |
|
|
|
3 t2 + 7 − 7dt |
|
|||||||||||||||||
∫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
|
= |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
1− t2 |
1+ t2 |
|
4 + 4t2 + 3− 3t2 |
7 + t2 |
|
|
|
7 + t2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
0 4 + 3 |
1 |
+ t2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
7 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||||||||||
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= ∫ |
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1 |
− |
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dt = |
t − 7 |
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arctg |
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= |
3 − |
|
7arctg |
|
. |
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||||||||||||||
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7 |
+ t |
2 |
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7 |
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||||||||||||||||||||||||||||
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7 |
7 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 |
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0 |
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Примеры для самостоятельного решения |
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1. |
∫sin4x cos2xdx |
2. |
∫(sin3x + cos3x)3dx |
3. |
∫sin2 x sin3xdx |
|
cos5 x |
|
|
4. |
∫ sin6 xdx |
5. |
∫cos4 xdx |
|||||||
7. |
∫sin2 xcos xdx |
|||||||
9. |
∫ |
|
dx |
|||||
|
|
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|||
sin6 x |
||||||||
11. |
∫cos2 x dx |
|||||||
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|
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sin x |
|||||
13. |
∫ |
|
|
|
dx |
|||
|
|
|
|
|
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|
||
|
2sin x − 3cos x |
|||||||
|
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||||||
15. |
∫ |
|
3sin x − 5cos x |
dx |
||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2sin x + 7cos x |
|||||
|
π |
|
|
|
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3 |
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17. |
∫3 sin2 x cos xdx |
|||||||
|
0 |
|
|
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|
π
2sin2x
19.∫0 1+ cos2 xdx
6. |
∫sin xcos3 xdx |
|
|||||
|
|
|
sin4 x |
|
|||
8. |
∫cos6 x dx |
|
|||||
10. |
∫sin2 xcos4 xdx |
|
|||||
12. |
∫ |
sin2x |
|
||||
|
|
dx |
|
||||
cos7 x |
|
||||||
14. |
∫ |
|
cos4x |
|
dx |
||
|
cos2x + sin2x |
||||||
|
|
|
|
||||
16. |
∫ |
1+ tgx |
dx |
|
|||
|
|
||||||
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1− tgx |
|
||||
|
π |
|
|
|
|
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|
18. |
4 |
|
2sin x + 6cos x |
dx |
|||
∫ |
|
sin2x |
|||||
|
π |
|
|
||||
|
6 |
|
|
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|
π
4tg2x − 3
20.∫0 1− sin2 x dx
34
2π |
|
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|
π |
|
|
21. ∫ sin |
3 |
xdx |
|
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|
|
2 |
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22. |
∫ cos2xdx |
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|||
−π |
|
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||
|
|
|
|
|
|
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|
−π |
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4 |
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|
π |
|
|
|
|
π |
|
|
π |
x |
|
2 |
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|
2 |
cos x |
|
25. ∫sin2 |
dx |
|
|
|
3 |
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23. ∫sin xcos |
|
xdx |
24. ∫ |
|
dx |
−π |
2 |
|
||
|
1+ cos x |
|||||||||
π |
|
|
|
|
0 |
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6 |
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2.6. Некоторые иррациональные выражения, их интегрирование
•Интегрирование простейших иррациональных функций вида
∫R(x;n1xm1 ;n2xm2 )dx сводится к интегралу от рациональных функций с по-
мощью подстановки x = tk , где k – наименьшее общее кратное чисел n1 и n2 . Пример.
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x = t |
6 |
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3 |
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8 |
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∫ |
x |
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dx = |
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= ∫ |
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t |
6t5dt = 6∫ |
t dt |
= |
|
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|
dx = 6t5dt |
|
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1+ 3 |
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1+ t2 |
1+ t2 |
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x |
|
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= |
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t8 |
|
= |
(t8 −1) +1 |
= |
(t4 )2 −1 |
+ |
|
|
1 |
= |
(t |
4 −1)(t4 +1) |
+ |
1 |
= |
|||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||
1 |
+ t2 |
|
1+ t2 |
1+ t |
2 |
|
|
1+ t2 |
|
1+ t2 |
|
|
|
|
1+ t2 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||
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|
= |
(t2 −1)(t2 +1)(t |
4 +1) |
+ |
|
|
1 |
|
|
= t6 |
− t |
4 |
+ t2 −1+ |
|
|
1 |
|
|
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|
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|||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||||
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1+ t2 |
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1 |
+ t |
2 |
|
1 |
+ t |
2 |
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||||||||||||||||||
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6∫t6dt − 6∫t4dt + 6∫t2dt − 6∫dt + 6∫1+dtt2 =
= 76 t7 − 65 t5 + 63t3 − 6t + 6arctgt + C , где t = 6x .
•Аналогично интегрируются иррациональные функции вида
∫R(n1(ax + b)m1 ; n2(ax + b)m2 ) подстановкой (ax + b) = tk , где k – наимень-
шее общее кратное чисел n1 и n2 и иррациональные функции вида
35
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ax + b |
m1 |
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ax + b |
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m2 |
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ax + b |
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∫ |
R n1 |
|
|
|
|
; |
|
|
n2 |
|
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|
|
подстановкой |
|
= tk |
, где k – наимень- |
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cx + d |
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cx |
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|
+ d |
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cx + d |
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шее общее кратное чисел n1 |
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и n2 и cx + d ≠ 0 . |
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Примеры. |
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1 |
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x + 4 = t2 |
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1 |
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x = t2 − 4 |
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|||||||||||||||||
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|
x + 4 |
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(x + 4) |
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(t2 ) |
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t2 |
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1. ∫ |
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dx = ∫ |
2 |
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dx = |
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= |
∫ |
2 |
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2tdt = 2∫ |
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dt = |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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dx = 2tdt |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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x |
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|
|
x |
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t2 − 4 |
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t2 − 4 |
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t = |
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x + 4 |
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4 |
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dt |
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1 |
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t − 2 |
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|||||||||||||||||||
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= |
2 |
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1+ |
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dt |
= 2 |
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dt + 8 |
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= 2t |
+ 8 |
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ln |
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+ C = |
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∫ |
t |
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− 4 |
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∫ |
∫t |
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− 2 |
2 |
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2 |
2 |
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t + |
2 |
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t − 2 |
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2 − |
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x + 4 |
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= 2t + 2ln |
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+ C = 2 |
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x + 4 + 2ln |
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+ C |
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t + 2 |
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2 + |
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x + 4 |
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1 |
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2x − 3 = t4 |
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2x = t4 |
+ 3 |
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2x + 2x − 3 |
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2x + (2x − 3) |
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2. |
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dx = |
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2 |
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dx = |
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= |
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1 |
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3 |
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∫34 2x − 3 + 4 (2x − 3)3 |
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∫3(2x − 3) |
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+ (2x − 3) |
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2dx |
= 4t3dt |
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4 |
4 |
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dx = 2t3dt |
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1 |
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t4 |
+ 3+ (t4 )2 |
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t4 + t2 + 3 |
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t6 |
+ t4 + 3t |
2 |
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= ∫ |
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2t |
|
3dt = 2∫ |
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t3dt = 2∫ |
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dt = |
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1 |
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3 |
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3t + t3 |
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t2 + 3 |
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3(t4 )4 + (t4 )4 |
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||||||||||||||||||||
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= 2 |
∫ |
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4 |
− |
2t |
2 |
+ 9 − |
|
27 |
|
|
|
|
= |
2 |
|
5 |
|
− |
4 |
|
|
3 |
|
+18t |
|
− |
|
54 |
arctg |
|
t |
+ C , |
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t |
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dt |
|
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|
|
t |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
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|
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|
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2 |
|
+ 3 |
5 |
|
|
3 |
|
|
|
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|
|
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|
|
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|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
|
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|
|
t |
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|
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|
3 |
3 |
|
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|||||||||||||
где t = 4 2x −3 . |
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3x +1= t4, |
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5 |
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3dx |
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t = 4 3x +1, |
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2 |
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3 |
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2 |
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3 |
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2 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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3. ∫ |
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= |
3dx = 4t3dt, 0 ≤ x ≤ 5, |
= ∫ |
4t |
dt = 4∫t |
|
2dt = 4 |
t |
|
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|
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= 28 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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4 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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3x +1 |
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t |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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0 |
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4t3dt; |
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1≤ t ≤ |
2. |
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1 |
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1 |
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3 |
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1 |
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3 |
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dx = |
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3 |
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2 |
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2tdt |
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1+ x |
|
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dx |
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1+ x |
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1 |
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, dx = − |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
4. ∫ |
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|
= |
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= t2 x = |
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|
|
x |
|
|
|
x2 |
|
|
|
x |
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t2 −1 |
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(t2 −1)2 |
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1 |
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36
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Изменим пределы интегрирования: t = |
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1+ x :1≤ x ≤ 2 |
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≤ t ≤ |
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3 |
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|
2 |
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x |
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2 |
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3 |
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3 |
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3 |
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||||||
2 |
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2 |
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|||||||
|
−2tdt |
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2 |
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2 |
3 |
3 |
|
|
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8 − 3 3 |
|||||||||||||||
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|
2 |
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||||||||||||||||||||||
I = ∫ t(t2 −1)2 |
|
= −2 ∫ t |
2dt = − |
t3 |
|
= − |
− 2 2 |
= |
|||||||||||||||||||||||||||
|
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(t |
2 |
−1) |
2 |
3 |
|
|
3 |
2 |
2 |
|
|
|
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3 2 |
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2 |
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||||||||||||||||
2 |
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|
2 |
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||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
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Примеры для самостоятельного решения
1. ∫(x −dx1)x
3. ∫ 1x+−3xxdx
5.∫ x +1 − x −1dx
x +1 + x −1
|
(3 |
|
)( |
|
|
+1)dx |
|
7. ∫ |
x +1 |
x |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
6 x5 |
dx
9. ∫ 3(2x +1)2 + 2x +1
9
11. ∫x +1dx
3
11− x
13.∫0 1+ xdx
9dx
15.∫4 x −1
1 x3dx
17.−∫1 x2 + 2
2. ∫ 3xx+ 5dx
x+1
4.∫ 33x +1
x3dx
6. ∫x −1
8. ∫ |
x2 |
|
|
|
|
|
+ 1+ x |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|||||
|
|
|
1+ x |
|
10. ∫ xx ++11 +−11dx
3dx
12.∫0 4 − 3x
1 x +1
14.∫0 33x +1dx
4dx
16.∫0 x + 2x +1
18. ∫ 1x−(x+x1)dx
2.7.Тригонометрические подстановки
Кинтегралам от функций, рационально зависящих от тригонометрических функций, сводятся интегралы:
37
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• ∫R(x, |
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)dx с помощью подстановки x = asint |
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|
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a2 − x2 |
или x = acost |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
• ∫R(x, |
|
|
|
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|
|
|
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|
)dx с помощью подстановки x = atgt |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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a2 + x2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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• ∫R(x, |
|
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|
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|
|
|
|
)dx с помощью подстановки x = |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
x2 − a2 |
или x = |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
cost |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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sint |
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Примеры. |
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||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
x = 2sint; dx = 2costdt; t = arcsin |
x |
. |
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|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. ∫ |
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2 |
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|||||||
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4 − x2 dx = |
|
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π |
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|||||||||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изменим предел интегрирования: 0 ≤ x ≤1 0 ≤ t ≤ |
|
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|
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6 |
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π |
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|
π |
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|
|
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|||||
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6 |
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0 π |
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6 |
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0π/6 = π + |
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3 |
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∫ |
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4 − 4sin2 t 2costdt = 2∫ 6 (1+ cos2t)dt = 2t |
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+ sin 2t |
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2 |
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0 |
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0 |
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0 |
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3 |
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|||||||||||
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||||||||||
2. ∫ |
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x + 0,5 |
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2x +1= 3tgt |
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2 |
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2 |
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9 |
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dx = |
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3 |
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dt; (2x +1) |
|
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+ 9 = 9(tg |
|
t |
+1) = |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
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+ 9 |
2dx= |
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cos2 t |
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|
(2x +1)2 |
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cos2t |
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||||||||
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|
1 |
|
∫ |
|
3tgt |
3 |
|
|
|
dt |
|
|
|
|
3 |
∫ |
sint |
3 |
∫ |
d(cost) |
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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= |
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dt |
= − |
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|
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= |
|
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|
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|
= |
|
|
|
+ C, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
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2 |
cos2t |
4 |
cos2t |
4 |
|
cos2t |
4 |
|
cost |
|
4cost |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
9 |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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cos2t |
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|||||
где t = arctg |
2x +1 |
. |
|
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|||||||||||||||||
|
|
|
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|
|
3 |
|
|
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|
|
|
|
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||||||
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x = |
2 |
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2 |
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sint |
dt |
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cost |
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|||||||||||||||||||||||||||
3. ∫ |
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dx |
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= |
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= ∫ |
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cos2 t |
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= |
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x |
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x2 − 4 |
dx = 2 |
|
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1 |
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sintdt |
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2 |
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4 |
|
− 4 |
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cos2 t |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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cost |
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cos2 t |
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||||||||||||||||||||||
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|
= ∫ |
|
|
|
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|
sintcostdt |
|
|
|
|
|
= |
1 |
∫sint costdt = |
1 |
∫dt = |
|
1 t + C = |
1 arccos |
2 |
+ C |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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|
2 |
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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cos2 t 2 |
1− cos t |
|
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|
2 costsint |
|
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|
2 |
|
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|
2 |
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x |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
cos2 t |
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38
Примеры для самостоятельного решения
x2dx
1.∫(2 − x2 )3
3. ∫x − x2 dx
5. ∫2 − x − x2 dx
7. ∫2 x2 −1 dx
1x
9.∫ xdxx2 −1
|
2 |
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dx |
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11. |
∫ |
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|||
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(4 + x2 ) |
|
|
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||||||||
|
0 |
|
|
|
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|
4 + x2 |
|
|
|
||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
x2 −1 |
|
|
|
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|
|
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|
||||||
13. |
∫ |
|
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|
dx |
|
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|
x4 |
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||||
|
1 |
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|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
)3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
5 |
|
|
25 − x2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
15. |
∫ |
|
|
|
|
x |
4 |
|
|
|
dx |
|
|
|
|||||||
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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17. |
∫ |
|
1+ x2 dx |
|
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|||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
||||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
x4dx |
|
|
|
|
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||||
19. |
∫ |
|
|
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|
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|
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|
|
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|||
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|||||
( |
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
0 |
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16 − x |
|
|
16 + x |
|
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|||||||||||
|
|
|
|
|
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|||||||||||
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|
x2dx
2. ∫ 9 − x2
dx
4. ∫ x3 1+ x2
1
6. −∫1 (1+dxx2 )2
4
8. ∫x3 x2 + 9dx
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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4 |
|
|
3 |
|
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dx |
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10. |
∫ |
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||||||||
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||||||||
(64 |
− x2 )3 |
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2 |
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2 |
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4 |
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2 |
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12. |
∫ |
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x − 4 |
dx |
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|||||||
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x4 |
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2 |
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1 |
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1− x |
2 |
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14. |
∫ |
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|
dx |
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x6 |
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|||||||
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2 |
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2 |
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2
16. ∫ 2 − x2 dx
1
2dx
18.∫
2x2 x2 −1
3
1
20. ∫x2 1− x2 dx
0
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