第三章-一元函数积分学
- 格式:doc
- 大小:797.50 KB
- 文档页数:30
第三章一元函数微分学不定积分基本概念原函数不定积分原函数的存在性连续函数一定有原函数区间上有第一类间断点,在该区间没有原函数存在第二类间断点,可能有,可能无不定积分的性质基本积分公式三种主要积分法第一类换元法(凑微分法)第二类换元法分部积分法三种常见可积函数积分有理函数积分三角有理式积分①万能代换(一般法)②三角变形,换元,分部(特殊法)简单无理函数积分令根号下的一堆=t反常积分(广义积分)无穷区间上的反常积分定义定理1)比较判别法2)比较法的极限形式3)P积分无界函数的反常积分定义定理1)比较判别法2)比较法的极限形式3)P积分定积分应用几何应用平面图形的面积直角坐标系极坐标系空间体体积旋转体体积二重积分、元素横截面面积的体积常用曲线:双纽线摆线星形线心形线(数三)经济学中的应用常见函数边际函数、边际分析弹性函数、弹性分析注意需求价格弹性的正负!定积分概念分匀合精几何意义一重:线与坐标轴围成的面积二重:线与线围成的面积有正负可积性(存在)充分条件函数在[a,b]连续,积分存在在[a,b]有界,且只有有限个间断点,积分存在在[a,b]上只有有限个第一类间断点,积分存在必要条件积分存在,函数在[a,b]有界计算(值)牛顿莱布尼茨公式换元积分分部积分利用奇偶性、周期性公式点火公式∫(0,π)xf(sinx)dx=π/2∫(0,π)f(sinx)dx变上限积分定积分性质不等式积分中值定理积分中值定理、广义积分中值定理常见题型不定积分计算不定积分不定积分杂例多做,积累题型定积分概念、性质、存在准则定积分概念、性质、几何意义连乘形式:①夹逼②取对数也有不等式和积分中值定理的使用定积分计算先考虑下奇偶性,但有些题可能直接做更简便总结计算方法变上限积分函数及其应用连续性:f(x)在[a,b]可积,则变上限积分在[a,b]连续可导性:变上限积分在区间除x0点外均连续,则在x0处①连续②可去③跳跃的可导性及值理解!!记住!P112奇偶性:第一章函数奇偶性处理变上限积分常用:洛必达、等价无穷小代换、积分中值定理积分不等式定积分不等式性质变量代换积分中值定理变上限积分可以将f(x)与其导数联系起来柯西积分不等式反常积分反常积分的敛散性1)比较判别法2)比较法的极限形式3)P积分反常积分计算核心用法:换元、分部要积累!定积分应用几何应用先画草图!经济学中的应用关联。
第三章 一元函数的积分学§1 不定积分【考试要求】1.理解原函数与不定积分的概念,掌握不定积分的基本性质和基本积分公式.2.掌握不定积分的换元积分法和分部积分法.3.会求有理函数、三角函数有理式的积分和简单无理函数的积分.一、基本概念1.原函数与不定积分定义若()()F x f x '=,(,)x a b ∈,则称()F x 是()f x 在(,)a b 内的一个原函数.(一般地,“在区间(,)a b 内”几个字常省略).若()F x 是()f x 的一个原函数,则()F x C +也是()f x 的原函数(其中C 为任意常数),()f x 的全体原函数称为()f x 的不定积分,记作()d f x x ⎰.若()F x 是()f x 的一个原函数,则()d ()f x x F x C =+⎰.2.不定积分与原函数的关系(1)不定积分与原函数是两个不同的概念,前者是个集合,后者是该集合中的一个元素,因此()d ()f x x F x ≠⎰.(2)设()F x ,()G x 是()f x 的任意两个原函数,则()()F x G x C =+((,)x a b ∈).(3)原函数的几何意义:称()y F x C =+为()f x 的积分曲线,其上横坐标为x 处的切线互相平行.3.原函数存在定理设()f x 在(,)a b 内连续,则在(,)a b 内必有原函数.4.不定积分的基本性质(1)()d ()d kf x x k f x x =⎰⎰ (k 为常数);(2)[()()]d ()d ()d f x g x x f x x g x x ±=±⎰⎰⎰;(3)求导与求不定积分互为逆运算① (()d )()f x x f x '=⎰ ,d ()d ()d f x x f x x =⎰;② ()d ()f x x f x C '=+⎰,d ()()f x f x C =+⎰;5.基本积分公式(熟练掌握)(1)d k x kx C =+⎰;(2)11d 1x x x C μμμ+=++⎰; (3)1d ln ||x x C x=+⎰; (4)d ln x x a a x C a=+⎰; (5)e d e x x x C =+⎰;(6)sin d cos x x x C =-+⎰;(7) cos d sin x x x C =+⎰;(8) 2sec d tan x x x C =+⎰;(9)2csc d cot x x x C =-+⎰;;(10)sec tan d sec x x x x C ⋅=+⎰;(11)csc cot d csc x x x x C ⋅=-+⎰;(12)d arcsin xx C =+⎰;(13)2d arc ta n 1x x C x=++⎰; (14)tan d ln |cos |x x x C =-+⎰;(15)cot d ln |sin |x x x C =+⎰;(16)d arcsin xx C a =+⎰; (17)22d 1arctan x x C a x a a=++⎰; (18)sec d ln |sec tan |x x x x C =++⎰;(19)csc d ln |csc cot |x x x x C =-+⎰;(20)22d 1ln 2x a x C a x a a x +=+--⎰;(21)d ln x x C =++⎰; (22)21arcsin 22a x x C a =++⎰. 6.初等函数的原函数初等函数在其定义区间内必有原函数,但它的原函数不一定是初等函数.不能用初等函数来表示(积不出来)的不定积分如下:2e d x x ⎰, 2e d x x -⎰, sin d x x x ⎰, cos d x x x⎰, 2sin d x x ⎰, 2cos d x x ⎰, d ln x x ⎰,e d x x x⎰,e ln d x x x ⎰,ln |sin |d x x ⎰等.二、不定积分的积分法1.公式法 将被积函数变形,直接利用公式.2.换元法 引入新的变量,再积分.第一类换元法(凑微分法)设()f u 的原函数为()F u ,()u x ϕ=有连续的导数,则[()]()d f x x x ϕϕ'⋅⎰ [()]d ()f x x ϕϕ=⎰()u x ϕ=()()d [()][()]u x f u u F u C F x C ϕϕ==+=+⎰凑微分 换元 积分 变量还原常见的凑微分公式(1)1()d ()d()f ax b x f ax b ax b a+=++⎰⎰,0a ≠;(2)11()d ()d()n n n n f x x x f x x n -=⎰⎰; (3)(e )e d (e )d(e )x x x x f x f =⎰⎰;(4)d 1(ln )(ln )d(ln )x f x f x x x n =⎰⎰;(5)21111()d ()d()f x f x x x x=-⎰⎰; (6)12f x f =⎰⎰; (7)(sin )cos d (sin )d(sin )f x x x f x x =⎰⎰;(8)(cos )sin d (cos )d(cos )f x x x f x x =-⎰⎰;(9)2(tan )sec d (tan )d(tan )f x x x f x x =⎰⎰;(10)2(cot )csc d (cot )d(cot )f x x x f x x =-⎰⎰;(11)21(arctan )d (arc tan )d(arc tan )1f x x f x x x ⋅=+⎰⎰; (12)1(arcsin )d (arcsin )d(arcsin )f x x f x x ⋅=⎰⎰; (13)d xf x f ⋅=⎰⎰;(14)()d ()d ln |()|()()f x f x x f x C f x f x '==+⎰⎰. 第二类换元法设()x t ϕ=单调,有连续的导数,且()0t ϕ'≠,如果[()]()d ()f t t t F t C ϕϕ'=+⎰,则()d f x x =⎰ ()x x ϕ=[()]()d f t t t ϕϕ'⎰1()[()]t x F t C ϕ-==+1[()]F x C ϕ-=+.换元 积分 变量还原3.分部积分法 设()u u x =,()v v x =具有连续的导数,则d d uv x uv u v x ''=-⎰⎰ 或 d d u v uv v u=-⎰⎰称为分部积分公式.4.特殊函数类的积分有理函数:先化为多项式与简单分式,再逐项积分.三角函数有理式:令tan 2x u =,化为有理函数的积分.简单无理函数:引入代换去掉根号,化为有理函数的积分.常用的分项公式如下:(1)111(1)1x x x x=-++; (2)111(1)1x x x x=+--; (3)2211(1)1x x x x x=-++; (4)22211111(1)(1)(1)1(1)x x x x x x x x x =-=--+++++; (5)2222111(1)1x x x x=-++. 常用的三角公式如下:(1)21cos 2cos 2x x +=;(2)21cos 2sin 2x x -=;(3)21sin (sin cos )22x x x ±=±三、典型例题题型1 直接积分法 (即将被积函数分解为几个简单函数的代数和再分项积分)例1 求下列不定积分(1) 231d 5x xx x ++⎰; (2)10d (2)x x x +⎰;(3) 42d x x x +⎰; 解 原式2222d 111d arctan (1)1x x x C x x xx x ⎡⎤==-=--+⎢⎥++⎣⎦⎰⎰.(4)2222+sin sec d 1x x x x x ⋅+⎰; 解 原式精品文档()()2222221+sin 11sec d sec d d 11xx x x x x xx x +-=⋅=-++⎰⎰⎰tan arctan x x C =-+.题型2 换元积分法(第一类和第二类)例1 求下列不定积分(1)2sin cos d 1sin x xx x ⋅+⎰; (2)d x⎰解原式ln dln d u x x u ========⎰⎰⎰11d()2arcsin arc 12u u C --==+=⎰ .(3)3xx ⎰;解原式23221122u x x x x x u========⎰⎰⎰32111(1(1)d(1)222u u u u =+-=++-⎰⎰⎰535222212211[(1)(1)](1)(125353u u C x =+-++=+-+ . (4)sin 222esin d exxxx ⋅⎰; 解 原式sin 222sin 22sin11esin d e d(sin 22)e44x xx x x x x x --=⋅=--=-⎰⎰(5)1d (1e )xxx x x ++⎰; (6)ln(tan )d sin cos x x x x ⋅⎰.例2 求x ⎰.解:原式2[ln()3x x =+=+⎰例3 求 342e ed e 2e 1x xx xx +-+⎰. 解:原式2222e (e e )d(e e )1d e (e e )(e e )e ex x x x x x x x x x x x x C -----+-===-+---⎰⎰ 例4 求 241d 1x x x ++⎰.解:原式22221111d()1d arctan 11()2x x x x x C x x x x+--===++-+⎰⎰例5 求下列不定积分(1)xx ⎰;(2)3d x x ⎰; 解 令π323sec ,0,d sec tan d 22x t t x t t t ⎛⎫=<<=⋅ ⎪⎝⎭ ,原式23233tan 34tan 4sec tan d d sin 23sec 33sec 2t t t t t t t t =⋅⋅==⎛⎫ ⎪⎝⎭⎰⎰⎰241231sin 2arccos 324322t t C x x ⎛⎫=-+=- ⎪⎝⎭.(3)d x ⎰.解 令2tan ,d sec d x t x t t ==,原式2222sec d cos d dsin arcta (2tan 1)sec 1sin 1sin t t t t tt t t t ====+++⎰⎰⎰arctanx C =+.注 1ο,令s i n x a t = 或 cos x a t =;2ο,令sec x a t = 或 csc x a t =或 ch x a t =;3ο,令tan x a t = 或 cot x a t =或 sh x a t =;4ο三角代换变量还原时利用辅助三角形. 例6 求下列不定积分(1)d x⎰;解 原式()d31d13xx-==⎰⎰1ln|31|3x C=-++.(2)21d446xx x-+⎰.解原式()()2111212d21arctan221xx C x-=-=⋅+ -+⎰.(注对二次三项式2ax bx c++或其平方根,配方后使用公式).例7求下列不定积分(1)d x⎰(2)21lnd(ln)xxx x--⎰.(注1xt=称为倒代换,当分母的次数高于分子的次数时,可考虑用此代换).例8 求e (1e )d x xx +⎰(注 可考虑指数代换e xu =或e sin xt =).例9 求d x x⎰,(令:t =)解令t =,22tan 1tan d 2tan sec d .t x t x t t t =⇒=+⇒=⋅原式(2222arctan 2sec tan d 2tan d 2sec 1tan t t t t t t t t t t t ⋅=⋅⋅=⋅=⋅+⎰⎰⎰()222sec 1d 2d(tan )2tan tt t t t t t t t =⋅-=-=⋅-⎰⎰⎰22tan 2ln |cos |t t t t C =⋅+-+212ln ||arctan x=⋅+-+22ln ||arctanx =⋅--+.题型3 分部积分法关键:正确地选择u 和v ,选择u ,v 的原则:1οv 好求; 2οd v u ⎰要比d u v ⎰简单.例1 求下列不定积分(1)2(22)e d xx x x +-⎰; (2)2(1)ln d xx x +⎰;(3)e cos d xx x x ⎰; (4)sin ln d x x ⎰ 解 原式1sinln dsinln sinln cosln d x x x x x x x x xx=-=-⋅⋅⎰⎰sinln cosln d sinln cox x x x x x x ⎡=-=-⋅⎣⎰()()1sinln cosln sinln d x x x x x xx=-+-⎰()sinln cosln sinln d x x x x x =--⎰所以 原式()sinln cosln 2xx x C =-+.(5)22arctan d (1)xx x x +⎰; 解 原式22arctan arctan 1d d arctan d(-)arctan d 1x x x x x x x x x =-=-+⎰⎰⎰⎰()221111arctan d arctan 12x x x x x x =-+⋅-+⎰()()22221111arctan d arctan 221x x x x x x =-+-+⎰ 22211111arctan d 212x x x x x ⎛⎫=-+-- ⎪+⎝⎭⎰()()22111arctan ln ln 122x x x x =-+-+-()22111arctan ln arctan 212x x x x x =-+-+.(6)ln(x x x +⎰.解原式ln(x x x =+⋅⎰dln(x =⋅+-⋅⎰ln(d x x =⋅+-=⎰.例2 求 22sin d (cos sin )xx x x x -⎰. 解 原式2sin sin sin 1d d (cos sin )cos sin x x x x x x x x x x x x x ⎛⎫=⋅= ⎪--⎝⎭⎰⎰sin 11cos sin cos sin x x x x x x x x ⎛⎫=⋅-⋅ ⎪--⎝⎭⎰2sin 11s d cos sin (cos x x x x x x x x x ⎛⎫=⋅-=⎪-⎝⎭⎰.例3 求ed xx x ⎰.(先换元,后分部积分) 解: 原式222222d d 12ln(1)d 2[ln(1)2d ]1tt x t t ttt t t t t =++=+-+⎰⎰24arctan C =-++.题型4 分项--分部积分法(将积分分成两项(或多项)的积分和,然后利用分部积分抵消不可积部分)例1 求 2ln 1d ln x x x-⎰; 例2求 22e (tan 1)d x x x +⎰. 题型5 有理函数积分例1 求25d 613x x x x +-+⎰; 例2 求221d (1)x x x +⎰.题型6 三角有理函数积分例1 求 d sin 22sin xx x+⎰ 例2 求d 1sin cos xx x --⎰题型7 简单无理函数积分例1求d x⎰; 例2 求d x⎰.例3求d x⎰(0,0)a b x <<>.解:原式2=⎰2arcsin C =+;题型8 分段函数的积分例1 求|1|ed x x -⎰.例2 求2()max(1,)x x ϕ=的一个原函数()F x ,且(0)1F =.题型9 含有抽象函数的不定积分例1设()d arcsin xf x x x C =+⎰,求1d ()x f x ⎰.例2设()f x 为非负连续函数,当0x ≥时,有20()()d e 1xxf x f x t t ⋅-=-⎰,求()d f x x ⎰. 解 方程化为20()()d ()()d =e 1xxxf x f x t t f x f x t t ⋅-=--⎰⎰,()d ()d u x txxf x t t f u u =--====⎰⎰,代入原方程得()20()d e 1xxf x f u u ⋅=-⎰,令()()()()()20()d exxF x f u u F x f x F x F x ''=⇒=⇒⋅=⎰,两边积分()()()2d e 1d xF x F x x x '⋅=-⎰⎰,得()2211e 22xF x x C =-+, 又()()22100,e 212xF C F x x =⇒=-∴=--,()()(F x F x ∴=≥.()()d f x x F x C =+=⎰.例3设(,)f x y 可微,且(,)ff x y x∂=-∂,e cos xf y y-∂=∂,(0,0)0f =,求(,)d f x x x ⎰. 例4设()f x 在[0,)+∞上可导,(0)1f =,且满足01()()()d 01xf x f x f t t x '-+=+⎰,求[()()]e d xf x f x x -'''-⎰.四、不定积分常用的计算技巧总结(考生自看)1.加减常数法例1 求 cos d 1cos xx x-⎰. 解:原式2cos 111()d (1)d 1cos 1cos 2sin (/2)x x x x x x x -=+=-+=----⎰⎰.2.加减函数法例2 求 21d 1exx +⎰. 解:原式2222221e e e 1d (1)d ln(1e )1e 1e 2x x xx x xx x x C +-==-=-++++⎰⎰.例3 求 d (1)nxx x +⎰. 解:原式1111d d d ln ||ln |1(1)1nnn n n nx x x x x x x x x x x x n -+-==-=-+++⎰⎰⎰.3.乘除函数法例4 求 d e ex x x-+⎰.解:原式22e d de arctane 1(e )1(e )x xxx x x C ===+++⎰⎰. 4.分母整体化法例5 求 2100d (1)xx x +⎰. 解:原式2219899100100100(1)(1)d d (2)d u xu u u u u u u uu u=+-----=====-+⎰⎰⎰9798991212979899u u u C ---=-+-+.例6 求 2sin d (sin cos )xx x x +⎰.解:原式π4222πsin()sin csin 114d d π2sin 2sin ()4u x u x u x x u u x =+-=====+⎰⎰⎰2d d(sin )()[l n |csc(4sin sin 4u u x u u =-=+⎰⎰.5.依分母分解法例7 求 3cos 4sin d cos 2sin x xx x x-+⎰. 解:因为cos x 与sin x 的导数互相转化,所以 可设3cos 4sin (cos 2sin )(cos 2s x x A x x B x -=+++(2)cos (2)sin A B x A B x =++- 故得:231,224A B A B A B +=⎧⇒=-=⎨-=-⎩. 原式cos 2sin (cos 2sin )d 2d cos 2sin cos 2sin x x x x x x x x x x '++=-+=-++⎰⎰.6.还原法例8 求 11(1)ed x xx x x++-⎰.解:11121ed (1)ed ed d(ex x x x xxx x x x x x+++=+-=+⎰⎰⎰⎰1111ed eed ex x x x xxxxx x x x C ++++=+-=+⎰⎰.7.待定函数法 例9 (上例)解:因为被积函数是一个函数与1ex x+的乘积,它的一个原函数必定也是某一个函数与1e x x+的乘积.令 111(1)ed ()ex x xxx x F x C x +++-=+⎰,其中()F x 为待定函数, 两边求导数11211(1)e[()()(1)]ex x xxx F x F x xx++'+-=+-,22111(1)()()(1)()x F x F x F x x x'∴+-=+-⇒=, 故 原式1ex xx C +=+.8.相关积分法例10 求 221e sin d x I x x =⎰,221e cos d xI x x =⎰.解:221222211e d e ,21e cos2d e (cos2sin 2),4xx x x I I x C I I x x x x C ⎧+==+⎪⎪⎨⎪-==++⎪⎩⎰⎰ 1I ∴=22111e e (cos2sin 2)224x x x x C⎡⎤-++⎢⎥⎣⎦2211e e (cos2sin 2)48x xx x C =-++; 2I =22111e e (cos2sin 2)224x x x x C⎡⎤+++⎢⎥⎣⎦2211e e (cos2sin 2)48x xx x C =+++.五、练习题31-1.若()f x 的导函数是e cos xx -+,则()f x 的一个原函数为( ).(A) e cos xx -- (B) esin x x --+ (C)ecos xx --- (D) esin xx -+2.若()f x '为连续函数,则(2)d f x x '=⎰( ).(A) (2)f x C + (B) ()f x C + (C)1(2)2f x C + (D) 2(2)f x C + 3.若()f x 是以l 为周期的连续函数,则其原函数( ).(A) 是以l 为周期的连续函数 (B)是周期函数,但周期不是l(C) 不是周期函数 (D)不一定是周期函数4.设cos x x 是()f x 的一个原函数,求()d xf x x '⎰. 5.2222221sin cos d d sin cos sin cos x x x x x x x x +=⋅⋅⎰⎰. 6. 22e 1e (1)d (e )d sin sin xxxx x x x--=-⎰⎰.7.11e ed d 1e 1e xxx xx x +-=++⎰⎰. 8.45422sincos d sin (1sin )dsin x x x x x x =⋅-⎰⎰.9.1515sin cos d (sin cos )d(sin cos )(sin cos )x xx x x x x x x +=---⎰⎰.10.21111d d d(1)111n n n nnn n n x x x x x x x x x x --⋅+-==++++⎰⎰⎰. 11.cos sin d(sin cos )d cos sin cos sin x x x x x x x x x-+=++⎰⎰.12.321()arctan d arctan d()33x x x x x x x ++=⎰⎰. 13.2d x x⎰. 14.d 1d(3)3xx =⎰⎰ 15.22222d 2ln 2d d 2d 1d 12(14)2(12)ln 2(1)ln 2xxxu x x x x u x x x u u u =========+++⎰⎰⎰.16.22sin d x x x ⎰.17.arcsin 2arcsin x =-⎰⎰.18.2arctan tan 3d sec d 22ed sin d (1)xx ttx t tx x e t t x ==+====⎰⎰. 19.241d 1x x x -+⎰. 20.421d (1)x x x +⎰21. 1183848282821d d d (1)(1)4(1)x x x x x x x x x x ⋅==+++⎰⎰⎰42221d 4(1)x tt t t =+===⎰2tan 24d sec d 1tan sec d 4sec t u t u u u u u u ======⎰.22. 112d d x x x x +-+=⎰⎰22112d[(1)3]2x =-++⎰⎰.23. 2d d d x xx x x =+⎰⎰⎰.24.313(1)4d d x x x x +-+=⎰⎰.25.d 4sin 3cos 5x x x ++⎰(可令tan 2xt =);26. 3sin 2cos d 2sin 3cos x x x x x ++⎰(可令tan 2xt =或依分母分解法);27.设(cos )sin f x x '=(0)x π<<,求()f x . 28.设()F x 是()f x 的一个原函数,且当0x ≥时,有2e()()2(1)xx f x F x x ⋅=+,又(0)1F =, ()0F x >, 求()f x .29.()d ()f x x F x C =+⎰,且当0x ≥时,有2()()sin 2f x F x x ⋅=,又(0)1F =,()0F x ≥,求()f x .30.求2[ln ()ln ()][()()()]d f x f x f x f x f x x ''''++⎰.31.设ln(1)(ln )x f x x +=,计算()d f x x ⎰.32.2()(1)()d exxf x x f x x x '-+⎰. 33.1e (ln )d x x x x +⎰.3-1参考答案1.A2.C3.D 4.2cos sin xx C x--+. 5.tan cot x x C -+.6.e cot xx C ++. 7.ln(1e )xx C -++.8.579111sin sin sin 579x x x C -++9.455(sin cos )4x x C -+.10.1[(1)ln |1|]n nx x C n+-++.11.ln|cos sin|x x C++.12.32arctan36x x xx C+-+.13.arcsin x Cx--+14.1ln|3|3x C++. 15.11(arctan2)ln22xxC-++.16.321sin2cos2sin26448x x xx x x C --++.17.arcsin C-++.18arctan1e+xxC-.1ln C+. 20.311arctan 3x C x x-+++. 21. 44811arctan 881x x C x-⋅++. 22. 2ln |1|x C +-++.23. 1arcsin 22x x C --+. 244ln |1|x C +-++.25. 1tan 22C x -++. 26.125ln |2sin 3cos |1313x x x C -++.27. 1()arcsin 22x f x x C =++. 28.232e()2(1)xx f x x =+.29.2sin 2()xf x =.30.()()[ln ()()1]f x f x f x f x C ''-+. 31.e ln(1e )ln(1e )xxxx C --++-++.32.()ex f x C x +. 33.e ln xx C +.§2 定 积分【考试要求】 1.理解定积分的概念,掌握定积分的基本性质及定积分中值定理.2.掌握定积分的换元积分法和分部积分法.3.理解积分上限函数,会求它的导数,掌握牛顿 –莱布尼茨公式.4.了解反常(广义)积分的概念,会计算反常(广义)积分.一、基本概念 1.定积分定义设()f x 在[,]a b 上有定义且有界,做下述四步:(1)分割:用1n -个分点分割区间[,]a b011i ia x x x x -=<<<<;(2)作乘积:()i i f x ξ∆,其中1[,]i i i x x ξ-∈,1i i i x x x -∆=-;(3)求和:1()ni i i f x ξ=∆∑;(4)取极限:01lim ()ni i i f x λξ→=∆∑,其中1max ||i i nx λ≤≤=∆,如果上述极限存在,则称()f x 在[,]a b 上可积,并称上述极限为()f x 在[,]a b 上的定积分,记作1lim ()()d nbi i ai f x f x x λξ→=∆=∑⎰.注 ()d baf x x ⎰的值与对区间[,]a b 的分法无关,与i ξ的取法无关,与积分变量用什么字母表示无关;与[,]a b 有关,与()f x 有关, 即()d ()d bbaaf x x f t t =⎰⎰.2.定积分的存在性定理设()f x 在[,]a b 上连续,或在[,]a b 上有界且只有有限个第一类间断点,则()d ba f x x ⎰一定存在.3.几何意义定积分()d baf x x ⎰表示由曲线()y f x =,,x a x b ==及x 轴所围平面图形面积的代数和.4.定积分的运算性质:(1)()d ()d a abbf x x f x x =-⎰⎰. (4)[()()]d ()d ()d bb baaaf xg x x f x x g x x ±=±⎰⎰⎰.(2)()d 0aaf x x =⎰. (5)()d ()d b baakf x x k f x x =⎰⎰.(3)d bax b a =-⎰. (6)()d ()d ()d bc baacf x x f x x f x x =+⎰⎰⎰.5.定理定理1 (定积分的比较定理)若在[,]a b 上恒有()()f x g x ≤,则()d ()d bbaaf x xg x x ≤⎰⎰.推论1 若()f x 与()g x 在[,]a b 上连续,()()f x g x ≤,且至少有一点0[,]x a b ∈,使00()()f x g x <,则()d ()d bbaaf x xg x x<⎰⎰.推论2 若在[,]a b 上恒有()0f x ≥,则()d 0baf x x ≥⎰.推论3 ()d ()d bbaaf x x f x x ≤⎰⎰. 定理2(估值定理)若在[,]a b 上,()m f x M ≤≤,则()()d ()ba mba f x x Mb a -≤≤-⎰.定理3(积分中值定理)(1)若()f x 在[,]a b 上连续,则[,]a b ξ∃∈,使()d ()()baf x x f b a ξ=-⎰.(2)若()f x 在[,]a b 上连续,()g x 在[,]a b 上不变号,且在[,]a b 上可积,则[,]a b ξ∃∈,使()()d ()baf xg x x f ξ=⎰⎰.定理4(变上限积分函数及其导数) 设()f x 在[,]a b 上连续,()()d xa F x f t t =⎰称为变上限积分函数,则导数为d ()()d ()()d xt x aF x f t t f t f x x ='===⎰.推论1 设()()()d x aF x f t t ϕ=⎰,则()d ()()d [()]()d x aF x f t t f x x x ϕϕϕ''==⋅⎰.推论2 设21()()()()d x x F x f t t ϕϕ=⎰,则21()2211()d ()()d [()]()[()](d x x F x f t t f x x f x x x ϕϕϕϕϕϕ'''==⋅-⋅⎰.推论3 设()()()()d x aF x f t g x t ϕ=⎰,则()()()()d x a F x g x f t t ϕ'⎡⎤'=⎢⎥⎣⎦⎰()()()d ()[()](x ag x f t t g x f x ϕϕϕ''=+⎰.定理5(变上限积分函数与不定积分的关系) 设()f x 在[,]a b 上连续,则变上限积分函数()()d xaF x f t t =⎰是()f x 的一个原函数, 即()d ()d xaf x x f t t C =+⎰⎰.注:不定积分()d f x x ⎰只能作为运算符号,不能表示一个具体的原函数,特别当()f x 为一个抽象的函数时,无法用()d f x x ⎰来讨论它的某一原函数的性质;而()d xa f t t ⎰为某一确定的原函数,可以用它来讨论此原函数的性质.定理6(牛顿-莱布尼兹公式)设()f x 在[,]a b 上连续,()F x 是()f x 的一个原函数,则()d ()()()bb aaf x x F x F b F a ==-⎰. 6.定积分的计算方法(1) 换元法:设()f x 在[,]a b 上连续,()x t ϕ=在[,]αβ上有连续的导数,且当t 从α变到β时,()t ϕ从()a ϕα=单调地变到()b ϕβ=,则()d [baf x x f βαϕ=⎰⎰要点:换元要换限,变量不还原,不换元则不换限.(2)分部积分法:设()u x ,()v x 在[,]a b 上有连续的导数,则d d bbb aaauv x uv u v x ''=-⎰⎰或 d d b b b aaau v uv v u =-⎰⎰.注:求不定积分时适用的积分法,相应地也适用定积分的求法.7.广义积分的概念与计算 (1)无穷限的广义积分ο1 设()f x 在[,)a +∞上连续,则()d lim()d baab f x x f x x +∞→+∞=⎰⎰;ο2 设()f x 在(,]b -∞上连续,则()d lim()d b baa f x x f x x -∞→-∞=⎰⎰;ο3 设()f x 在(,)-∞+∞上连续,则()d lim()d lim ()d bbaaa b f x x f x x f x x +∞-∞→-∞→+∞=+⎰⎰⎰.仅当等式右边的两个极限都存在时,左边的无穷限广义积分收敛,否则发散.注意: ο3式中等式右边的两个极限若有一个不存在,则()d f x x +∞-∞⎰发散.(2)无界函数的广义积分(瑕积分) ο1 设()f x 在(,]a b 上连续,lim ()x af x +→=∞, 则()d lim ()d bbaa f x x f x x εε++→=⎰⎰,x a =称为瑕点.ο2 设()f x 在[,)a b 上连续,lim ()x bf x -→=∞, 则0()d lim ()d bb aaf x x f x x εε+-→=⎰⎰,x b =称为瑕点.ο3 设()f x 在[,]a b 上除点c 外均连续,lim ()x cf x →=∞,则()d ()d ()d bc baacf x x f x x f x x=+⎰⎰⎰12120lim ()d lim ()d c bac f x x f x x εεεε++-+→→=+⎰⎰.x c =称为瑕点.仅当等式右边的极限存在时,瑕积分收敛,否则发散.注意:ο3式中等式右边的两个极限若有一个不存在,则瑕积分()d ba f x x ⎰发散.二、重要结论(1)利用定积分定义求n 项和的极限 设()f x 连续,则ο1 1()d lim ()nban k b a b af x x f a k n n →∞=--=+⋅∑⎰.ο2 111()d lim ()nn k k f x x f n n →∞==⋅∑⎰.(2)奇、偶函数的积分ο1 设()f x 连续,若()f x 为偶函数,则()d xf t t ⎰为奇函数;若()f x 为奇函数,则对任意a ,()d xaf t t ⎰为偶函数.ο2 设()f x 在[,]a a -上连续,则()d [()()]d aaaf x x f x f a x-=+-⎰⎰(3)周期函数的积分设()f x 在(,)-∞+∞上连续,且以T 为周期,则ο1 202()d ()d ()d T a TTT af x x f x x f x x +-==⎰⎰⎰;ο2 0()d ()d nTT a f x x n f x x =⎰⎰;ο3 0()d ()d a nT Taf x x n f x x +=⎰⎰.即:周期函数在每个周期长度区间上的积分均相等,与起点无关.(4)常用结论ο1 ππ22(sin )d (cos )d f x x f x x =⎰⎰, 令π2x t =-;ο2 ππ00π(sin )d (sin )d 2xf x x f x x =⎰⎰, 令πx t =-;ο3 ππ2(sin )d 2(sin )d f x x f x x =⎰⎰,。
高等数学all教材高等数学 All 教材高等数学是大学教育中的重要学科之一,主要包含微积分、线性代数和概率论等内容。
以下是对高等数学 All 教材的简要介绍和重要章节的概述。
第一章:极限与连续本章主要介绍极限和连续的概念,包含极限的定义、性质以及计算方法。
还探讨了函数的极限、无穷小量和无穷大量的关系。
此外,连续函数的基本性质和中值定理也是重要内容。
第二章:一元函数微分学这一章重点研究函数的导数及其应用。
涉及导数的基本概念、运算规则以及常见函数的导数。
同时探讨了微分中值定理和函数的凸凹性质。
第三章:一元函数积分学本章主要介绍函数的不定积分、定积分和定积分的计算方法。
还包括牛顿-莱布尼茨公式、微积分基本定理和变量替换法等内容。
此外,重要的积分方法如分部积分、换元积分法也是必学内容。
第四章:多元函数微分学这一章研究多元函数的偏导数、全微分和导数的应用。
重点介绍了二元函数的极值与条件极值、函数的隐函数和映射等。
第五章:重积分与曲线曲面积分本章主要涉及二重积分、三重积分以及曲线曲面积分的概念和计算方法。
包括重积分的性质、计算与应用、曲线曲面积分的定义和计算公式等内容。
第六章:常微分方程这一章重点研究常微分方程的基本概念、解的存在唯一性和解的性质。
涉及一阶常微分方程和二阶线性常微分方程的解法以及常系数线性微分方程组的解法。
第七章:无穷级数本章介绍无穷级数的概念、性质和收敛判定方法。
包括常见数项级数的判敛法则、幂级数的性质以及泰勒级数展开与应用等。
以上是对高等数学All 教材的概述。
这本教材内容丰富、重点明确,适合大学本科学习高等数学课程的学生使用。
它将为学生打下坚实的数学基础,为更深入的学习和应用数学奠定基础。
一元函数积分学
一元函数积分学是高等数学中的一个重要分支,它研究了一个实
数变量的函数的积分。
在我们日常生活中,积分被广泛应用于各个领域,如经济学、物理学、工程学等等。
在微积分中,积分是求解面积、体积、概率、质量等量的重要工具之一。
一元函数积分学的主要内容包括定积分、不定积分、变限积分、
换元积分、分部积分等。
其中,定积分是一种重要的积分,它求解的
是在一定区间内的函数曲线下方的面积。
不定积分则不限制求解的区间,可以得到一个函数的原函数。
变限积分和换元积分是定积分的推
广和扩展,能够更加灵活地求解积分问题。
分部积分则是一种将积分
转化为乘积的方法,对于某些复杂的积分问题可以起到关键作用。
在学习一元函数积分学时,我们需要掌握函数积分的基本性质、
定理和方法,并能够熟练地运用它们求解各种积分问题。
此外,我们
还需要了解积分的应用,以便将它们运用到实际问题中解决实际问题。
总的来说,一元函数积分学是高等数学学习中非常重要的一个分支,它具有广泛的应用价值,是我们学习数学的必备知识点之一。
第三章一元函数积分学一、常见的考试知识点1.不定积分(1)原函数与不定积分的概念及关系,不定积分的性质.(2)不定积分的基本公式.(3)不定积分的第一换元法,第二换元法(限于三角代换与简单的根式代换).(4)不定积分的分部积分法.(5)简单有理函数的不定积分.2.定积分(1)定积分的概念及其几何意义,函数可积的充分条件.(2)定积分的基本性质.(3)变上限积分的函数,变上限积分求导数的方法.(4)牛顿一莱布尼茨公式.(5)定积分的换元积分法与分部积分法.(6)无穷区间反常积分的概念及其计算方法.(7)直角坐标系下用定积分计算平面图形的面积以及平面图形绕坐标轴旋转所生成的旋转体体积.3.试卷内容比例本章内容约占试卷总分的32%,共计48分左右.二、常用的解题方法与技巧1.不定积分(1)原函数.已知ƒ(x)是定义在某区间上的一个函数,如果存在一个函数F(x),使得在该区间上的每一点,都有F ˊ(x)=ƒ(x),或dF(x)=ƒ(x)dx,则称F(x)是ƒ(x)在该区间上的一个原函数.如果ƒ(x)在某区问上连续,则在这个区间上ƒ(x)的原函数F(x)一定存在.(2)不定积分的定义.(3)不定积分的性质.①②③④(4)第一类换元积分法.(5)分部积分法.(6)一些简单有理函数的积分.这里所说的简单有理函数,是指如下的分式有理函数:它可以直接写成两个分式之和,或通过分子加、减一项之后,很容易将其写成一个整式与一个分式之和或两个分式之和,然后再求出其不定积分.2.定积分(1)定积分的性质.①②③④⑤⑥设M和m分别是ƒ(x)在区间[α,b]上的最大值和最小值,则有(2)变上限积分.(3)牛顿一莱布尼茨公式.如果ƒ(x)是连续函数ƒ(x)在区间[a,b]上的任意一个原函数,则有(4)定积分的换元积分法.(5)定积分的分部积分法.(6)反常积分.(7)计算平面图形的面积.如果某平面图形是由两条连续曲线y2=ƒ(x),y1=g(x)及两条直线x1=a和x2=b所围成的(其中y1是下面的曲线,y2是上面的曲线,即f(x)≥g(x)),则其面积A可由下式求出:(8)计算旋转体的体积.上面(7)中的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积为三、常见的考试题型与评析(一)不定积分的概念和性质本部分内容1994--2013年共考了19次,考到的概率为95%,基本为必考题.1.典型试题(1)(0403)A.B.C.D.(2)(0505)A.cos xB.-cosxC.cosx+CD.-cos x+C(3)(0607)A.B.x2C.2xD.2(4)(0706)设ƒ(x)的一个原函数为x3,则ƒˊ(x)=( ).A.3x2B.C.4x4D.6x(5)(0806)A.sin x+x+CB.-sinx+x+CC.cos x+x+CD.-cosx+x+C(6)(0905)A.B.C.D.(7)(0917)(8)(1017)(9)(1116)(10)(1206)A.B.C.x+CD.(11)(1305)A.B.C.D.2.解题方法与评析【解析】不定积分的概念和基本性质是高等数学(二)考试中的一个重要题型,是每年试卷中必考的内容之一,希望考生能认真理解并掌握之.(1)选D.利用不定积分性质.(2)选D.利用不定积分公式.(3)选C.利用原函数的定义ƒ(x)=(x2)ˊ=2x.(4)选D.利用原函数的定义:ƒ(x)=(x3)ˊ,则ƒˊ(x)=(x3)″=6x.(5)选A.利用不定积分的性质和不定积分公式.(6)选A.同题(5).(7)(8)(9)(10)选D.(11)选C.【评析】不定积分的概念和性质以及基本的积分公式是专升本试卷中每年必考的内容之一,考生一定要牢记!(二)定积分的概念和性质本部分内容1994--2013年共考了19次,考到的概率为95%,基本为必考题.1.典型试题(1)(0618)(2)(0707)A.-2B.0C.2D.4(3)(0717)(4)(0818)(5)(0906)A.B.C.D.0(6)(1118)(7)(1218)(8)(1318)2.解题方法与评析【解析】这些试题主要考查定积分的概念以及奇、偶函数在对称区间上积分的性质:若(1)(2)(3)(4)填2.(5)选D.同题(3).(6)(7)填sin 1.(8)填0.因为x3+3x是奇函数.【评析】奇、偶函数在对称区间上的定积分是考试重点题型之一,请考生务必熟练掌握.(三)变上限定积分的概念及导数本部分内容1994—2013年共考了9次,考到的概率为45%.1.典型试题(1)A.ƒˊ(x)的一个原函数B.ƒˊ(x)的全体原函数C.ƒ(x)的一个原函数D.ƒ(x)的全体原函数(2)(9509)A.一1B.0C.1D.2(3)(0413)(4)(0507)A.0B.C.D.(5)(0817)(6)(1007)A.B.C.D.(7)(1117)(8)(1306)A.B.0C.D.2(x+1)2.解题方法与评析【解析】利用变上限定积分的定义及求导公式进行计算.(1)选C.根据变上限定积分的定义及原函数存在定理可知选项C正确.(2)选C.利用洛必达法则及变上限定积分的导数,则有本题也可先求出定积分,然后再用洛必达法则求极限,显然不如直接用洛必达法则快捷.(3)填1.(4)选C.(5)(6)选C.(7)填x+arctan x.(8)选A.(四)凑微分后用积分公式本部分内容1994--2013年共考了14次,考到的概率为70%.1.典型试题(1)(0011)(2)(0111)(3)(0213)(4)(0605)A.B.C.D.(5)(0823)(6)(0918)(7)(1017)(8)(1217)(9)(1317)2.解题方法与评析(1)(2)(3)(4)选C.(5)(6)(7)(8)(9)【评析】利用凑微分法化为不定积分公式的试题是每年必考的内容之一,希望考生牢记常用的凑微分法.常用的凑微分公式主要有:(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(五)第一换元积分法(凑微分法)本部分内容1994—2013年共考了13次,考到的概率为65%.1.典型试题(1)(0219)(2)(0523)(3)(0623)(4)(0723)(5)(0921)(6)(1023)(7)(1123)(8)(1223)2.解题方法与评析【解析】由于第一类换元积分法实质上是复合函数求导的逆运算,因此,注意到被积表达式的ƒ(x)dx中除了复合函数外的哪些函数与dx的乘积可写成某一函数的微分的事实,就得到了凑微分的过程.利用所给的凑微分公式就可以得到所给的结果.换元的一个基本原则是:将被积函数中的复合函数部分用变量代换的方法换成简单函数再(1) 或(2) 或(3) 或(4) 或(5) 或或(6) 或(7)或(8)【评析】第一换元积分法(凑微分法)是高等数学(二)必考的内容之一,由于凑微分法省略了变量代换的过程,所以更为简捷.如果对被积函数中复合函数部分的中间变量(如题(2)的(六)第二换元积分法由于2000--2013年的专升本高等数学(二)试卷中没有出现过第二换元积分法的试题,所以建议考生知道有此解题方法即可.(七)分部积分法本部分内容1994--2013年共考了7次,考到的概率为35%.1.典型试题(1)(0021)(2)(0224)(3)(0728)(4)(0924)(5)(1224)2.解题方法与评析【解析】分部积分的关键是如何将被积表达式写成udυ或vdu的形式,因此正确地选取u 和υ是难点.如果选取不当,分部积分后的积分会比原积分更不容易求解.专升本试卷中常见的分部积分试题的类型主要有:①②③上述三类积分中,u和υ的选法如下:(1)(2)(3)(4)(5)(八)定积分的计算本部分内容1994—2013年共考了17次,考到的概率为85%.1.典型试题(1)(0124)(2)(0220)(3)(0324)(4)(0423)(5)(0518)(6)(0524)(7)(0624)(8)(0718)(9)(0919)(10)(1024)(11)(1218)(12)(1324)2.解题方法与评析【解析】不定积分的第一换元积分法(凑微分法)和分部积分法都适用于定积分,只需在所求的积分中加上积分的上、下限即可.在定积分计算中一定要注意:用换元积分法时,积分的上、下限一定要一起换;用凑微分法计算时,积分的上、下限不用换.(1)(2)分段函数需分段积分:(3)(4)(5)填1/2.(6)(7)(8)(9)填1/2.(10)(11)(12)【评析】分部积分的题目在专升本高等数学(二)试卷中属于较难的试题,考生可根据自己对知识的掌握程度作出安排.如果被积函数中含有根式,一般情况下应考虑用换元法去根号,再进行积分,如题(1)与题(10).(九)反常积分本部分内容1994--2013年共考了10次,考到的概率为50%.1.典型试题(1)(0013)(2)(0112)(3)(0424)(4)(1019)(5)(1219)(6)(1319)2.解题方法与评析【解析】反常积分实质上是先计算定积分再取极限,即(1)填π/2.(2)填1/2.(3)(4)填π/2.(5)填1.(6)填1.(十)平面图形的面积与旋转体的体积本部分内容1994——2013年共考了14次,考到的概率70%. 1.典型试题(1)(0326)已知曲线C为y=2x2及直线L为y=4x.①求由曲线C与直线L所围成的平面图形的面积S;②求曲线C的平行于直线L的切线方程.(2)(0527)①求曲线y=x2(x≥0),y=1与x=0所围成的平面图形的面积S;②求①中的平面图形绕y轴旋转一周所得旋转体的体积V y.(3)(0627)①求由曲线y=x,y=1/x,x=2与y=0所围成的平面图形的面积S;②求①中的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积V x.(4)(0827)①求曲线y=e x及直线x=1,x=0,y=0所围成的图形D的面积S;②求平面图形D绕x轴旋转一周所成旋转体的体积V x.(5)(0927)①求在区间(0,π)上的曲线),=sinx与x轴所围成图形的面积S;②求①中的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积V x.(6)(1006)曲线y=1-x2与x轴所围成的平面图形的面积S=().A.2B.4/3C.1D.2/3(7)(1128)设D为曲线y=1-x2,直线y=x+1及x轴所围成的平面区域(如图1—3—1所示).①求平面图形的面积;②求平面图形D绕x轴旋转一周所成旋转体的体积Vx.(8)(1227)已知函数ƒ(x)=-x2+2x.①求曲线y=ƒ(x)与x轴所围成的平面图形面积S;②求①的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体体积K.(9)(1326)求曲线y=x2与直线y=0,x=1所围成的平面图形绕x轴旋转一周所得旋转体的体积.2.解题方法与评析【解析】求平面图形面积的关键是根据已知条件中的曲线方程画出封闭的平面区域,根据积分的难易程度选择积分变量和确定积分的上、下限.平面区域的确定原则是:已知条件中给出的曲线方程有几个,则该区域的边界曲线就是所给的几条曲线.否则所得的平面区域一定不合题意.专升本试卷中围成平面区域的常用曲线是:y=kx+b,Y=αx2+6,y=ex,y=e-x,y=Inx,y=sinx 或y=cosx,考生一定要能熟练地画出它们的图像.求旋转体的体积时一定要注意是绕x轴还是绕y轴旋转.而且要注意的是,旋转体的体积往往是两个旋转体的体积之差.如图1—3—2所示的平面图形绕x轴旋转所成旋转体的体积为(1)画出平面图形如图1—3—3阴影所示.①②方程为y-2=4(x-1),即4x-y-2=0.(2)①由已知条件画出平面图形如图1-3-4阴影所示.②旋转体的体积(3)①如图1一3-5所示,由已知条件可得②旋转体体积(4)画出平面图形如图1-3-6阴影所示.①②(5)①②(6)选B.(7)①②(8)①②(9)(十一)证明题本部分内容1994—2013年共考了7次,考到的概率为35%.1.典型试题(1)(0127)(2)(0428)设函数ƒ(x)在区间[0,1]上连续,证明(3)(0727)设ƒ(x)为连续函数,证明2.解题方法与评析【解析】证明题的关键是要充分利用已知条件写出需要证明的内容.题(1)的关键是要正确写出ƒ(3)+ƒ(5),再进行计算.题(2)与题(3)的关键是要注意到等式两边的差异,这里的核心差异是被积函数的不同,因此需用变量代换进行换元,由此可得到证明.(1)(2)(3)设3-x=t,则dx=一dt.【评析】定积分的证明题与平面图形的面积及旋转体的体积均属于试卷中的较难题.文章来源:/p/ck.html 更多成考资源资料下载完全免费。
高等数学同济第八版教材高等数学是大学数学的重要组成部分,它主要包含微积分和线性代数两个方面的内容。
而同济大学出版社的《高等数学同济第八版教材》是目前国内应用最广泛的高等数学教材之一。
本文将对该教材进行全面介绍,以帮助读者更好地理解和学习高等数学知识。
第一章微积分基础《高等数学同济第八版教材》的第一章主要介绍了微积分的基本概念、函数与极限、连续与间断等内容。
在这一章中,教材详细而全面地解释了微积分的起源和发展,为读者奠定了扎实的数学基础。
第二章一元函数微分学在第二章中,教材围绕一元函数的微分学展开讲解。
从导数的定义和性质开始,逐步引入微分的概念,并介绍了一元函数的凹凸性、单调性以及最值问题等重要内容。
此外,教材还给出了一些常见函数的导数和微分计算方法,为读者提供了丰富的例题和习题。
第三章一元函数积分学第三章主要介绍了一元函数的积分学。
教材从不定积分的定义和性质开始,讲解了反常积分和定积分的概念及其计算方法。
同时,教材还对定积分的应用进行了深入的讲解,如曲线长度、旋转体的体积等。
这些应用案例的介绍有助于读者理解积分在实际问题中的应用。
第四章微分方程本章主要介绍了微分方程的基本概念和解法。
教材首先介绍了一阶微分方程和高阶微分方程的概念,并详细讲解了可分离变量、齐次方程和一阶线性微分方程等常见的解法。
此外,教材还对二阶线性齐次微分方程的解法进行了详尽的介绍,并给出了一些典型的例题供读者练习。
第五章多元函数微分学在第五章中,教材引入了多元函数的微分学。
从偏导数和全微分的概念开始,教材展示了多元函数的极值、条件极值的判定方法,并详细介绍了隐函数的微分法和参数方程的微分法等内容。
本章的讲解重点在于培养读者对多元函数微分学的直观理解和应用能力。
第六章多元函数积分学多元函数积分学是本教材的第六章内容,它是微积分的重要组成部分。
教材从二重积分的概念和计算开始,讲解了二重积分的应用,如计算平面图形的面积、质量和重心等。
第三章 一元函数积分学第一节 不定积分1.两个概念: 1)原函数: )()(x f x F =' 2)不定积分:⎰+=C x F x x f )(d )( 2.基本积分公式: 1) .arcsin d 22C a x x a x +=-⎰2)⎰+±+=±C a x x ax x ||ln d 22223).arctan 1d 22C ax a x a x +=+⎰ 4) ⎰+-+=-.||ln 21d 22C x a xa a x a x 5) .|tan sec |ln d sec ⎰++=C x x x x 6) ⎰++-=.|cot csc |ln d csc C x x x x 3.三种主要积分法1)第一类换元法(凑微分法)若C x F x x x f C u F u u f +='+=⎰⎰))((d )())((则,)(d )(ϕϕϕ 2)第二类换元法:C x F C t F dt t t f t x x x f +=+='=-⎰⎰))(()()())(()(d )(1ϕϕϕϕt a x a x t a x x a t a t a x x a sec ,iii)tan ,ii))cos (sin ,i)222222=-=+=-3)分部积分法 ⎰⎰-=vdu uv udv “适用两类不同函数相乘”⎰⎰⎰⎰x x e x x x x x x e x xn n xn d sin ,cos )(p ,d sin )(p ,d )(p βαααα, ⎰⎰⎰⎰x x x x x x x x x x xe nnnxd arcsin )(p ,d tan arc )(p ,d ln )(p ,d cos βα4.三类常见可积函数积分 1)有理函数积分 ⎰x x R d )((1)部分分式法(一般方法); (2)简单方法(凑微分绛幂); 2) 三角有理式积分 ⎰x x x R d )cos ,(sin (1)万能代换(一般方法) 令t x =2tan(2)简单方法 (三角变形,换元,分部) 3) 简单无理函数积分 x dcx bax x R nd ),(⎰++令 t dcx bax n=++ 例一 基本题 例3.1 ⎰-=)4(x x dxI解法1 ⎰⎰+-=--=-=c x x dx x x dx I 22arcsin)2(4422解法2 ⎰+=-=c xx x d I 2arcsin 24)(2 例3.2 .sin cos ⎰=x x dxI解 ⎰⎰⎰⎰-=-===x xd x x x d x x xdx x x dx I 222sin 1sin 2sin )sin 1(sin sin cos cos sin cosdt t t t t dt t dt t x )1111()1)(1(212 sin 22224++-=+-=-=⎰⎰⎰令 例3.3 ⎰+=dx xx I 251解法1 令 tan t x =,则tdt dx 2sec =⎰⎰⎰=⋅⋅=⋅=)(sec tan )sec (tan tan sec sec tan 4425t td dt t t t ttdtt I)sec ( )1()(sec )1(sec 2222t u du u t d t =-=-=⎰⎰=c u u u ++-253251=c x x x +++-2421)348(151解法2 ⎰⎰+=+=)1(12124224x d x x dx x I=dx x x x x ⎰+-+2324141=)1(1]1)1[(2122224x d x x x x ++-+-+⎰=c x x x x ++++-+23225224)1(34)1(541 例3.4 dx e xe I xx⎰-=1解 I 121212⎰⎰---=-=dx e e x e xd x x xdt tt dx e x⎰⎰+=-22121 (令t e x=-1) =C t t +-arctan 22则 I c e e e x x x x +-+---=1arctan 41412 例3.5⎰+x xxd 1ln 解法1 原式=⎰+x xd 1ln 2 =dx xxx x ⎰+-+12ln 12dt t t t x dx x x ⎰⎰-=++121122=⎰⎰-+1222t dtdt=C t t t ++-+11ln2 原式=C x x x x x +++-+-+-+1111ln 214ln 12解法2 令t x =+1,则原式=dt t tdt t t ⎰⎰-=-)1ln(22)1ln(22 =dt t t t t ⎰---122)1ln(2222=C x x x x x +++-+-+-+1111ln214ln 12例3.6 ⎰x ee xxd arctan 2 解法1 原式=⎰--x x de e 2arctan 21=dx e e e e xx xx ⎰++---22121arctan 21 =⎰++--)1(21arctan 21222x x x xx e e de e e=C e e e e x x x x +++---]arctan arctan [212 解法2 令t e x =,则 原式=⎰⎰-=231arctan 21arctan t td dt t t =⎰++-dt t t tt )1(1212arctan 222 =c t t tt +---arctan 21212arctan 2=C e e e e x x x x +++---]arctan arctan [212例3.7 ⎰+=dx x x I 91解法1 ⎰⎰⎰+=+=+= )1(81)1()1(8878u u du x x dx x x x dx I (令u x =8) 解法2 ⎰⎰⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=++=dx x x x x x dx x x I 8788811)1()1( 解法3 c x x dx xx dxI ++-=+-=+=⎰⎰---|1|ln 81181)11(88889 例3.8 ⎰⎰⎰⎰+++=++-+=++=63262246413111111xdx x dx dx x x x x dx x x I 例3.9 ⎰+=xdxI sin 1解法1⎰⎰⎰+=-=x xd dx x dx xx I 222cos cos cos 1cos sin 1 解法2C x x dx x dx I +⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎰⎰42tan 24cos 22cos 12πππ 解法3令2212sin 12 2tant t x t dt dx t x +=+== C x C t t dt t t t dt I ++-=++-=+=++⋅+=⎰⎰2tan 1212)1(2121112222 例3.10 ⎰++x x xcos sin 1d解 令t x=2t a n ,则原式=⎰+-++++2222112112t t t t dt t =⎰++=+C t t dt)1ln(1=C x++)2tan 1ln(例3.11 ⎰⋅=xx dxI 4cos sin 解法1I ⎰⎰⎰--=-=⋅=)1(cos )cos 1(cos cos sin sin 424242u u dux x x d x x xdx (令u x =cos )⎰-+--=4244)1()1(uu u u 解法2⎰⎰⎰⎰⋅++=+=⋅+= cos sin cos sin 3cos 1 cos sin cos sin cos sin cos sin 222324422dx x x x x x x x dx dx x x x x x x I⎰⎰++=xdxx xdx x sin cos sin cos 3123 例3.12 ⎰+=dx xb x a I cos sin 1解 1)若⎰+-===≠c x a x a dx I b a ctg 1sin 0 ,02222) 若⎰+==≠=c x bdx x b I b a tg 1cos 1 0 ,02223)若 )tg (cos 0 ,02222222⎰⎰+=+=≠≠u a b dux a b x dx I b a (令u x =tan )例3.13⎰-+x x x x d 111。
1第三章一元函数积分学一、选择题1.由定积分的几何意义,可知=-⎰ax x a 022d ().A.22aπB.2aπC.221a πD.241a π2.若)()(x f x F =',则()成立.A.⎰+='C x f x x F )(d )(B.⎰+=C x F x x f )(d )(C.⎰+=Cx f x x F )(d )(D.⎰+='Cx F x x f )(d )(3.已知)(x F 是)(x f 的一个原函数,则().A.⎰=)(d )(x F x x f B.)()(x F x f ='C.Cx F x x f +=⎰)(d )(D.Cx f x F +=')()(4.下列四式中正确的是().A.)(d )(x f x x f ba ='⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰B.0d )(='⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰ba x x f C.)()(d )(a f b f x x f ba-=⎰D.)(d )(x f x x f ='⎰5.若x x 2sin +是)(x f 的一个原函数,则[]=-⎰x x f d 1)(().A.C x x x +-+2cos 21212B.C x x x +--2cos 21212C.Cx +2sin D.Cx +2sin 216.若函数)(x f 的导数是xa ,则)(x f 的一个原函数是().A.Cxaa x+2ln B.xa a x+2ln C.Caa x+2ln D.2ln 2+a a x7.函数2)(x xe x f =的一个原函数=)(x F ().2A.2x eB.xeC.221x e D.x ln 8.已知)(x F 是连续函数)(x f 的一个原函数,则⎰=+xat a t f d )2(().A.)()(a F x F -B.)3()2(a F a t F -+C.)3()2(a F a x F -+D.)()(a F t F -9.设x ln 是)(x f 的一个原函数,那么下列函数中也是)(x f 的原函数的是().A.axln B.ax aln 1C.a x +ln D.2)(ln 21x 10.设)(x f 为连续函数,则x x f xad )(⎰是().A.)(x f '的一个原函数B.)(x f 的全体原函数C.)(x f 的一个原函数D.)(x f '的全体原函数11.下列等式中正确的是().A.xx f x x f d )(d )(d =⎰B.)(d )(x f x x f ='⎰C.C x f x x f x +=⎰)(d )(d dD.)()(d x f x f =⎰12.设xe xf =)(,则⎰='x xx f d )(ln ().A.Cx +B.Cx +-C.C x+1D.C x+-113.设)(x f 的一个原函数是xxln ,则⎰='x x f x d )(().A.C xx+ln B.C x x++2ln 1C.C x+1D.C xx+-ln 2114.下列函数中,在区间[]1,1-上不可积的是().A.⎩⎨⎧=-=<<-=1,1,011,1)(x x x x f B.xx f =)(C.121)(-=x x f D.⎪⎩⎪⎨⎧=≠=0,00,1sin )(x x xx x f315.设)(x f 在),(+∞-∞是连续的,则=++⎰⎰⎰212332d d )(d )(x t t f x x f ().A.2-B.1-C.0D.116.=⎰204d cos πx x ().A.π83B.π163C.83D.16317.='⎰bax x f d )3(().A.)]3()3([31a f b f -B.)3()3(a f b f -C.[])3()3(3a f b f -D.)3()3(a f b f '-'18.设⎰=121d x x I ,⎰=132d x x I ,则().A.21I I =B.21I I >C.21I I <D.无法确定19.⎰=+20d )2sin(ππx x ().A.2-B.1-C.1D.220.=⎰207d cos πx x ().A.3516B.π358C.π3516D.356421.⎰-=12d ||3x x x ().A.-7B.37-C.21D.922.设常数0>a ,则=-⎰-aax x a d 22().A.2a πB.24a πC.22a πD.aarcsin 23.⎰=+x xx d 12().A.C x +arctan B.Cxx +++21ln C.Cx ++21D.C x ++)1ln(21224.⎰='xat t f d )3((),其中f '连续.4A.[])()(3a f x f -B.)3()3(a f x f -C.[])3()3(3a f x f -D.[])3()3(31a f x f -25.若⎰⎰-=x x x x x x xf d sin sin d )(,则=)(x f ().A.x sin B.x cos C.xx sin D.xx cos 26.=''⎰x x f x d )(().A.C x f x +')(B.Cx f x f x +-')()(C.Cx f x +')(212D.C x f x +'+)()1(27.)(x f 为[]b a ,上的连续函数,则⎰⎰-babat t f x x f d )(d )(的值是().A.小于0B.大于0C.等于0D.不确定28.⎰-=+112d 1x x x().A.0B.1C.πD.2π29.=⎰xt x0d 2sin d d ().A.2sin B.2cos C.0D.2sin x 30.设t t x x xd 1)(0⎰+=Φ,则=Φ')(x ().A.xx +1B.⎰+++xxx dt t 011C.t x +1D.⎰+xdtt 0131.已知⎰+=22d 2)(xt t x f ,则=')1(f ().A.3-B.63-C.36-D.332.设()=x ϕ⎰xt t f 20d )(,则()='x ϕ().A.)(2x f B.)4(x f C.)2(x f D.)2(2x f 33.设⎰=Φ2d )(x t te x ,则=Φ')1(().A.0B.eC.e 2D.e434.设⎰=Φ1d sin )(xt t x ,则=Φ')(x ().A.xsin B.xsin -C.xcos D.xcos -535.设函数)(x f 在),0(+∞上连续,且⎰+=)1(02d )(x x x t t f ,则=)2(f ().A.5B.3C.1D.5136.设⎰+=Φ031d )(xtt x ,则=Φ')(x ().A.3213x x +B.-3213x x +C.311x +D.-311x +37.=⎰→2d sin limxt t x x ().A.∞B.0C.21D.138.=⎰→xt t xx 020d cos lim().A.∞B.1-C.0D.139.=-+⎰→xtt x x cos 1d )1ln(lim().A.0B.1-C.1D.∞40.设⎰+=Φ2sin 2d 11)(x t t x ,则=Φ')(x ().A.x 2sin 11+B.xx 2sin 1cos +C.xx 2sin 1cos +-D.x2sin 11+-41.设3022d )(x t t f x=⎰,则:=⎰10d )(x x f ().A.1B.2C.3D.442.极限=⎰→42d sin limx t t x x ().A.21-B.1-C.1D.2143.广义积分⎰+∞1d xx ().6A.发散B.收敛C.收敛于2D.敛散性不能确定44.下列反常积分收敛的是().A.⎰+∞d 2xx B.⎰+∞d xe x C.⎰+∞d xx D.⎰+∞+02d 11x x 45.下列反常积分中发散的是().A.xe x d 0⎰+∞-B.⎰+∞12d 1x xC.⎰+∞ex xx d ln 1D.⎰+∞+02d 11x x46.下列反常积分中收敛的是().A.⎰+∞132d 1xx B.⎰+∞d xe xC.⎰+∞ex xx d ln 1D.⎰+∞14d 1x x 47.广义积分x x x kd )(ln 12⎰+∞(k 为常数)收敛,则k 满足().A.1<k B.1≤k C.1>k D.1≥k 48.广义积分⎰-112d 1x x ().A.收敛B.敛散性不能确定C.收敛于2-D.发散49.广义积分⎰+∞∞-+x x xd 122().A.发散B.收敛C.收敛于πD.收敛于2π50.广义积分⎰+∞12d 1x x ().A.收敛于1B.发散C.敛散性不能确定D.收敛于251.广义积分⎰+∞22)ln (d x x x().A.发散B.收敛于1C.收敛于2ln 1D.的敛散性不能判定52.下列广义积分中发散的是().A.⎰+∞-0d xe x B.⎰+∞+02d 11x xC.⎰+∞1d 1x xD.⎰1d 1x x53.广义积分⎰+∞-=1d 2x xe x ().7A.e21B.e21-C.e D.∞+54.下列广义积分收敛的是().A.⎰+∞1d xx B.⎰-22)1(d x x C.⎰+∞+1d 11x xD.⎰-axa x 022d )0(>a 55.广义积分⎰+∞d px x当().A.1>p 时收敛,1≤p 时发散B.1≥p 时收敛,1<p 时发散C.1<p 时收敛,1≥p 时发散D.1≤p 时收敛,1>p 时发散56.如果广义积分⎰+∞-02d x x P 收敛,则().A.1>P B.1<P C.3>P D.3<P 57.椭圆)0(12222>>=+b a by a x 绕x 轴旋转得到的旋转体的体积1V 和绕y 轴旋转得到的旋转体的体积2V 之间的关系为().A.21V V >B.21V V <C.21V V =D.213V V =58.有连续曲线)(x f y =,直线a x =,b x =,)(b a <及x 轴所围成的平面图形的面积().A.xx f bad )(⎰B.xx f bad )(⎰C.xx f bad )(⎰D.[]),)()((b a a b f ∈-ξξ59.曲线x y =2,x y =,3=y 所围图形的面积是().A.⎰-312d )(yy y B.⎰-31d )(x x x C.⎰-12d )(yy y D.yy y d )(32⎰-60.由曲线x y ln =,a x =,b x =,)0(b a <<及x 轴所围成的曲边梯形的面积为().A.⎰baxx d ln B.⎰bax x d ln C.xa b ln )(-D.⎰baxx d |ln |二、填空题861.说明定积分x x d 1112⎰--的几何意义,并求其值__________.62.设)(x f 是函数x sin 的一个原函数,则=⎰x x f d )(__________.63.设)(x f 的一个原函数为xe x,则='⎰x x f x d )(__________.64.⎰+=-C ex x x f x2d )(,则=)(x f __________.65.若x cos 为)(x f 的一个原函数,则⎰='x x f x d )(___________.66.=+-⎰x x x xx d sin cos sin cos __________.67.⎰=x e xx d 32__________.68.⎰=--2d 2x x x__________.69.设)(x f '在[]b a ,上连续,则='⎰x x f bad )2(__________.70.设)(x f 是连续函数,则[]⎰-=--aax x f x f x d )()(2__________.71.=+⎰--x e x x xd )2(22__________.72.设xe xf =)(,则⎰='''1d )()(x x f x f __________.73.⎰-=--+112d ))()()((2x x f x f e x x __________(其中)(x f 为连续函数)74.=-⎰-2223d 1ππx x x ___________.75.⎰-=+212123d 1x x x __________.76.⎰-=+-1123d 11)sin 1(x x x __________.77.⎰-=+1122d )1(x x x__________.978.=+⎰-x xx d 2112__________.79.⎰-=113d x x _________.80.⎰=ex x 1d ln ______.81.=⎰θθπd tan 402______.82.=⎰-x x d 221______.83.⎰=2121d x x ex______.84.=⎰x x xe d ln cos 11______.85.{}=⎰-x x d ,1max 33______.86.设⎰=+123d )3(x ax x ,则a =_______.87.设)(x f 在[]b a ,上连续,0x 是()b a ,内任一定点,则=⎰t t f xx a d )(d d 0______.88.=⎪⎭⎫⎝⎛⎰102d d d x xe x x ______.89.=⎰-xx t t f xd )(d d ______.90.设⎰=xt t x f 0d sin )(,则()='x f ________.91.设⎰+=Φ031d )(xtt x ,则=Φ')(x ___________.92.求极限=+⎰⎰→02d d )2sin (limxxx tt tt t t ___________.93.无穷限反常积分⎰+∞1d p xx收敛,则p 的取值范围为_________.94.无穷限反常积分⎰+∞-05d x e x =________.1095.无穷限反常积分⎰+∞-=0d x xe x ________.96.⎰∞-=02d x e x ______.97.=-+⎰-1123d 12x xx ______.三、计算题98.θθθd sin cos ⎰.99.⎰-x xx d 22.100.⎰-x xx x d 1arcsin 2.101.⎰-x x d )2(25.102.⎰x a x d 3.103.x xx d cos 2cos 2⎰+.104.x x d sin 3⎰.105.x x x x d )31)(21)(1(⎰---.106.y y n m d ⎰.107.x x x d 1⎰-.108.x x x x d )1()1(3+-+⎰.109.⎰+-x x x e x x x d 323.110.⎰+x x x d 122.111.⎰-x x x d 1ln 2.112.x x x x d 32532⎰⋅-⋅.113.x e e x xd 1⎰+.114.⎰-+te e t t d 1.115.⎰+x x d 9412.116.⎰+--x x x x d 83322.117.⎰+1d 2x x x .118.x x x d 2532⎰+.119.⎰+1d 32x x x .120.x x d 3cot 2⎰.121.⎰x x d 3sin 3.122.x x d 32cos ⎰.123.⎰x x x xd sin cos 2cos 22.124.x x xd 2cos 1cos 12⎰++.125.⎰+x x d sin 11.126.⎰x e e x x d )(cos .127.x x e x d 2⎰-.128.⎰+x x x d sin 1cos 2.129.x xx d 1)(arctan 22⎰+.130.x x x d cos sin 53⎰.131.x x d sec 3⎰.132.x x d tan 4⎰.133.x x e xd sin ⎰.134.x x d arctan ⎰.135.⎰x x d arccos .136.x x x x d cos sin ⎰.137.⎰+x x x d )1ln(2.138.⎰+x x d )1ln(2.139.⎰x x d tan 4.140.⎰t t td sin 2cos 4.141.⎰+x x xx d sin 1cos sin 4.142.⎰x x x d cos 2.143.x x d cos 3⎰.144.⎰x x x x d sin cos 3.145.⎰+x x x cos sin d .146.x x x d cos cos ln 2⎰.147.⎰+x x x x d sin cos 2cos .148.⎰x x x d cos .149.⎰+x x xx d 1arctan 2.150.x x x x d cos sin 12cos ⎰+.151.x x d tan 4⎰.152.x x xx d sin 1cos sin 22⎰+.153.x x xd arcsin 2⎰.154.⎰-2251d x x.155.⎰-2169d x x.156.⎰+294d x x.157.⎰-44d x xx .158.⎰-222d x a xx .159.x xa x d 22⎰-.160.⎰-9d 22x x x .161.⎰-1d 4x x .162.⎰-24d x x x .163.⎰--6d 2x x x .164.x x x d 11)(3⎰++.165.x x x d 1⎰-.166.⎰+x x x d 122.167.x x x d 922⎰-.168.x x x d )1(43⎰+.169.⎰++x x d 111.170.⎰-x x x d )1(1002.171.⎰-+x ee e x x xd .172.⎰xe x x d 112.173.⎰-x e x d 52.174.x e e e e x x x x d ⎰--+-.175.x x x d ln 2⎰+.176.⎰+x x x d 33.177.⎰+-x x d )32(112.21178.⎰++544d 2x x x.179.⎰-+223d x x x.180.⎰+2323)1(d x x x .181.⎰--169d 2x x x.182.⎰+-x x x d 9132.183.⎰+t t21d .22184.⎰-x x x d 125.185.⎰+)1(d 2x x x .186.⎰--t e e t t d 112.187.x x x x d ⎰.188.x x x d 1⎰+.189.⎰+x x x d )1ln(3.23190.⎰+22)1(d x x.191.⎰-ax x a 0d (.192.⎰+33121d x x.193.⎰2021d x x ex.194.x x x d 23502⎰+-.195.⎰10d t te t.24196.⎰303d x e x .197.⎰+ex x x 1d ln 1.198.⎰+10d 1x e e x x.199.⎰+102d 1x x x .200.⎰-103d 2x xe x .201.⎰2713d xx .202.x x ed ln 1⎰.25203.⎰+1023d 1x x x .204.⎰-51d 1u u u .205.x x a x a d 0222⎰-.206.⎰+31ln 1d e x x x.207.⎰-212d 1x xx .208.⎰2121d x xe x .26209.⎰-+1122)1(d x x x .210.⎰-++02222d x x x .211.⎰--20)2)((d aa x a x x .212.⎰+213d x x x .213.x x x d cos cos 223⎰--ππ.214.⎰403d tan πθθ.27215.⎰-2102d 1arcsin x x x.216.⎰π0d sin x x x .217.x x e x d cos 20⎰π.218.x x x d sin 03⎰π.219.x x x d 2cos 212⎰⎪⎭⎫⎝⎛.220.x x d sin 20⎰π.28221.⎰-404d 2cos 1πx x .222.⎰+ωπϕω002d )(sin t t .223.⎰π0d cos sin x x x x .224.x x d 2sin 02⎰π.225.⎰-60d )12cos 2(πθθ.226.x x d 2cos 02⎰π.227.⎰402d tan πθθ.29228.⎰6822cos d ππx x.229.x x x d sin 202⎰π.230.x x e x d sin 20⎰π.231.⎰+∞15d x x.232.⎰+∞-0d x e x.233.⎰+∞-0d x xe x.234.⎰+∞e x x xd ln .30235.⎰+∞e x x x 2)(ln d .236.⎰+∞+12)1(d x x x .237.⎰+∞12d arctan x x x .238.⎰+∞-04d x e x x .239.⎰205d sin cos πx x x .240.⎰+212d 1x x x .241.⎰+-10ln 2d 2x e xx .242.⎰+∞++0222d x x x.243.x xe xd 10⎰-.244.x x xe d ln 111⎰+.245.⎰--+1122d )1(x x x .246.⎰+10.d 11x e x .247.计算⎰20d )(x x f ,其中⎩⎨⎧≤<≤≤=21,510,2)(x x x x f .248.⎰10d arctan x x x .249.⎰-31d 2x x .250.⎰242d csc ππx x x .251.⎰-++222d 2||x x x x 252.⎰+202d sin 1cos πx xx .253.⎰+∞+32d 91x x 254.设)(x f 为连续函数,且满足x x f x x x f d )(3)(102⎰-=,求)(x f .255.证明:若)(x f 在[]1,0上有二阶连续导数,则x x f x x f f x x f d )()1(212)1()0(d )(1010⎰⎰''--+=256.200d arctan lim x t t x x ⎰→.257.求由2x y =,x y =及x y 2=所围成的平面图形的面积及该图形绕x 轴旋转所生成的旋转体的体积.258.求由曲线2=xy 与直线3=+y x 所围成图形的面积.259.求曲线2x y =与直线x y 2=所围成的平面图形的面积A 以及该平面图形分别绕x 轴和y 轴旋转一周所得旋转体的体积x V 和y V .260.求由抛物线542+-=x x y ,横轴及直线3=x ,5=x 所围成图形的面积.261.求由曲线2x xe y -=,横轴及直线0=x ,1=x 所围成图形的面积.262.求由曲线2=xy 与直线3=+y x 所围图形的面积.263.求由抛物线223x x y --=与横轴所围成图形的面积.264.求抛物线342-+-=x x y 及其在点)3,0(-和点)0,3(处的切线所围成的面积.265.求由曲线x e y =,x e y -=及直线1=x 所围成图形的面积.266.求由抛物线)1(42+=x y 及)1(42x y -=所围成图形的面积.267.求由曲线xy 1=与直线2,==x x y 所围成图形的面积.268.求曲线2x y =,直线12-=x y 及x 轴所围成的图形的面积.269.求曲线2x y =,2y x =绕x 轴旋转所产生的旋转体的体积.270.求曲线x y =与1=x ,4=x ,0=y 所围成图形绕y 轴旋转所产生的旋转体的体积.271.求由曲线xy 1=,直线x y 4=及2=x 所围成的平面图形的面积.272.设平面图形由xe y =,e y =,0=x 所围成,求此平面图形的面积.273.求椭圆12222=+by a x 绕x 轴旋转所得旋转体体积.274.求抛物线)2(x x y -=与x 轴所围成的图形绕x 轴旋转而成的旋转体的体积.275.求由曲线1=xy 与直线2=y ,3=x 所围成的平面图形绕x 轴旋转一周所成的旋转体体积.276.求曲线3x y =与直线2=x ,0=y 所围的图形绕x 轴旋转一周而成的旋转体的体积.277.求由曲线xe y =与直线e y =,y 轴所围成平面图形的面积.278.求由抛物线ax y 42=)0(>a 及直线0x x =)0(0>x 所围成的平面图形绕x 轴旋转而成的旋转体的体积.279.计算由椭圆12222=+by a x 所围成的图形绕y 轴旋转而成的旋转体的体积.280.求曲线xy 1=与直线1=x ,2=x 及0=y 所围成的平面图形绕x 轴旋转而成的旋转体的体积.281.求由曲线xy 1=,直线x y 4=及2=x 所围成的平面图形绕x 轴旋转而得的旋转体积.282.由曲线xe y =,y 轴与直线ex y =所围成的图形绕x 轴旋转,计算所得旋转体的体积.283.一曲边梯形由12-=x y ,x 轴和直线1-=x ,21=x 所围成,求此曲边梯形的面积.284.求由x y =,0=y ,4=x 围成的平面图形绕y 轴旋转而成的旋转体的体积.285.计算抛物线x y 22=与直线4-=x y 所围成的图形的面积.286.求由曲线24x x y -=与直线x y 2=所围成的平面图形的面积及此图形绕x 轴旋转的体积.287.(数一)在一个带q +电荷所产生的电场作用下,一个单位正电荷沿直线从距离点电荷a 处移动到b 处)(b a <,求电场力所作的功.288.(数一)在底面积为S 的圆柱形容器中盛有一定量的气体,由于气体的膨胀,把容器中的一个面积为S 的活塞从点a 处移动到点b 处(如图),求移动过程中气体压力所作的功.289.(数一)一蓄满水的圆柱形水桶高为5m ,底圆半径为3m ,试问要把桶中的水全部吸出需作多少功?290.(数一)一水平横放的半径为R 的圆桶,内盛半桶密度为ρ的液体,求桶的一个端面所受的侧压力.291.(数一)一圆柱形的储水桶高为5米,底半径为2米,桶内水深为3米,试问要把桶内的水全部吸出需做多少功?(其中水的密度为3/米千克ρ)第三章一元函数积分学1.D2.B3.C4.B5.C6.B7.C8.C9.A 10.C 11.A 12.D 13.D 14.C 15.D 16.A 17.A 18.B 19.C 20.A 21.A 22.C 23.C 24.D 25.B 26.B 27.C 28.A 29.A 30.B 31.A 32.D 33.C 34.B 35.D 36.D 37.C 38.D 39.C 40.C 41.C 42.D 43.A 44.D 45.C 46.D 47.C 48.D 49.A 50.A 51.C 52.C 53.A 54.D 55.A 56.C57.B58.C59.A60.D61.2π62.21sin C x C x ++-63.()C xx e x +-264.()x xex--265.C x x x +--cos sin 66.Cx x ++sin cos ln 67.()C e x++23ln 3268.C x x ++-12ln 3169.()()[]a f b f 2221-70.071.262--e72.()1212-e 73.074.075.076.2π77.078.079.80.181.41π-82.583.ee -84.1sin 85.886.487.088.089.()()x f x f -+90.xsin 91.311x +-92.3-93.1>p 94.5195.196.2197.π298.C+θsin 299.()C x+--2122100.Cx x x ++--arcsin 12101.()Cx +--27272102.C aa x+ln 33103.C x +3sin 2arcsin 22104.C x x ++-3cos 31cos 105.Cx x x x +-+-432233113106.C nym y nm n+++107.()Cx x +---1arctan 12108.C x x x x +++-25235223109.Cx e x x++---ln 3223110.Cx x +-arctan 111.C xx+-ln 112.C x x+-⎪⎭⎫ ⎝⎛-3ln 2ln 3252113.()C e x++1ln 114.Ce t+arctan 115.C x +32arctan 62116.()Cx x ++-83ln 2117.()Cx ++1ln 212118.()Cx ++5632158119.C x ++1323120.C x x +--3cot 31121.C x x +-6sin 1212122.C x +32sin 23123.()C x x ++-tan cot 124.C x x ++2tan 21125.C x x +-sec tan 126.Ce x+sin 127.C e x +--331128.()Cx +sin arctan129.()C x +3arctan 31130.C x x +-68cos 61cos 81131.()C x x x x +++tan sec ln tan sec 21132.C x x x ++-tan tan 313133.()C x x e x+-cos sin 21134.()Cx x x ++-21ln 21arctan 135.Cx x x +--21arccos 136.Cx x x ++-2sin 812cos 41137.()()C xx x x x +-+-++3691ln 131233138.()C x x x x ++-+arctan 221ln 2139.C x x x ++-tan tan 313140.C t t ++-cot cot 313141.()C x +2sin arctan 21142.C x x x x +++2cos 812sin 41412143.Cx x +-3sin 31sin 144.Cx x x x +---21cot 21cot 22145.Cx x+--+-21tan 21tan ln 2222146.C x x x x +-+tan cos ln tan 147.C x x ++cos sin 148.Cx +sin2149.()C x x x x +++-+221ln arctan 1150.()C x ++2sin 2ln 151.C x x x ++-tan tan 313152.C x x +-sin arctan sin 153.Cxx x x +--+-211ln arcsin 1154.C x +5arcsin 51155.C x +34arcsin 41156.C x +32arctan 62157.C x +2arcsin 212158.C x a x a x a +--2222arcsin 2159.Cxaa a x +--arccos 22160.C xx +-9912161.C x x x +-+-arctan 2111ln 41162.C x x x ++-+11ln 211163.Cx x ++-23ln 51164.Cx x x ++-32322165.()Cx x +---1arctan 12166.Cx x x x ++-++-+12112112ln167.Cxx x x +---+99ln 22168.C x x x x x +++++61717658133611243256136113169.()Cx x +++-+11ln 212170.()()()Cx x x +-+---979899119711149111991171.()Ce x ++1ln 212172.Ce x+-1173.C e x +-5221174.()Cee xx ++-ln 175.()C x ++2ln 221176.()C x x x x ++-+-3ln 27923323177.()C x ++32arcsin 21178.C x +⎪⎭⎫ ⎝⎛+21arctan 41179.C x +-21arcsin 180.C x x x +-+-arctan 2111ln 41181.C x x x +--+-16913ln 312182.()C x x +-+3arctan 319ln 232183.C t ++21ln 21184.()()Cx x x +---+--523221511321185.Cx x x +-+11ln 2186.Ct e t++187.C x x x x +158188.()()C x x ++-+2325132152189.()()()Cx x x x x x x +-+--++--+312arctan 231ln 4121ln 431ln 22232190.Cx x x +⎪⎭⎫ ⎝⎛++1arctan 212191.62a 192.6π193.ee -194.()63b a -195.1196.()13-e 197.23198.()2ln 1ln -+e 199.2ln 21200.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--31e 123201.12202.1203.()26ln 2521-204.()2arctan 22-205.416a π206.2207.33π-208.e e -209.0210.1211.23ln 1a 212.58ln 21213.41π-214.()2ln 121-215.722π216.π217.⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-1212πe 218.()62-ππ219.2d 2cos 02ππ=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰x x 220.4221.81645-π222.ω2T223.4π-224.225.623π-226.2π227.41π-228.()1321-229.41162+π230.()1212+xe 231.41232.1233.1234.∞235.1236.2ln 1-237.2ln 214+π238.!4239.61240.34ln 241.()2e 141--242.4π243.e21-244.()12232-245.2246.()2ln 1ln 1++-e 247.6248.()241-π249.1250.2ln 214+π251.3ln 252.4π253.12π254.2332x x +-255.略256.21257.π1559,67258.2ln 223-259.ππ38,1564,34===y x V V A 260.332261.⎪⎭⎫ ⎝⎛-e 1121262.2ln 223-263.332264.49265.2e1e -+266.316267.2ln 23-268.121269.103π270.π8.24271.2ln 2215-272.1273.234ab π274.π1516275.π325276.π7128277.1278.279.b a 234π280.202ax π281.281π282.2e 62ππ-283.2427284.5128π285.18286.34,π532287.akq 288.a bk ln289.3462≈(KJ )290.332R g ρ291.g πρ42(J )。
第三章 一元函数积分学§3-1 不定积分不定积分是计算定积分、重积分、线面积分和解微分方程的基础,要求在掌握基本积分法的基础上,更要注重和提高计算的技巧。
一、基本概念与公式1. 原函数与不定积分的概念2. 不定积分与微分的关系(互为逆运算)3. 不定积分的性质 4.基本积分表 2222223122232max{1}d .,1max{1,}1,11,,111max{1,}d d 311max{1,}d 1d 11max{1,}d d .3x x x x x x x x x x x x x x C x x x x x C x x x x x xC ⎧<-⎪=-≤≤⎨⎪>⎩<-==+-≤≤==+>==+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰1求,因当时;当时;当时例解()()31113211123231lim lim 3,1lim lim 323,232133max{1,}d 1 1.2133x x x x x C x C x C x C C C C C x C x x x x C x x C x -+-+→-→-→→⎧⎛⎫+=+ ⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎛⎫⎪+=+ ⎪⎪⎝⎭⎩⎧=-+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩⎧-+<-⎪⎪⎪=+-≤≤⎨⎪⎪++>⎪⎩⎰由原函数的连续性,有得故,,,二、不定积分的基本方法1. 第一类换元法(凑微分法) ()d ()[()]d []d [].f u u F u C f x x x f x x F x C ϕϕϕϕϕ=+'()=()()=()+⎰⎰⎰若,则2. 第二类换元法()10[]()()d []d ()[].x t t x x t t f t t G t f x xf t t t G t CG x C ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-1=()=-''=()()≠()()'()()=+()+⎰⎰令代回若是单调可导函数,且,又具有原函数,则有换元公式3. 分部积分法()()d ()()()()d d d .u x v x x u x v x u x v x xu v uv v u ''=-=-⎰⎰⎰⎰或4. 有理函数的积分法 化有理真分式为部分分式.5. 三角函数有理式的积分(sin cos )d ()tan2R x x x R u v u v xt =⎰对于,(其中,表示关于,的有理函数),可用“万能代换”化为有理函数的积分.三、题解示例(2222225sin 25sin25sin25sin 25sin 225s .22.sin 4d .sin 4d 2sin 2cos 2d 1sin 2d sin 2d(5+sin 2)212xxxxxx x C e x x ex x e x x xe x x e x e ++++++==+====⎰⎰⎰⎰⎰⎰23求求例解例解2in 2322222..ln(2[ln()].31ln d .(ln )1ln 1ln d d (ln )ln 1xC x x x x C xx x x x x xx x x x x x +==++----=⋅-⎛⎫- ⎪⎝⎭⎰⎰⎰45求求例解例解21ln 1d 1ln ln 11.ln x C x x x x x xC x x⎛⎫=--=+ ⎪⎝⎭⎛⎫-- ⎪⎝⎭=+-⎰sin tan (d ((n nt ax bax b t cx dx a tx a tR x x R x xR x x R x x=++=+==⎛ ⎝⎰⎰⎰⎰令令令令化为有理函数的积分.化为有理函数的积分.化为三角函数有第二类换元法常用来去根号,如式.:理的积分sec (x a tR x x=⎰令化为三角函数有理式的积分.化为三角函数有理式的积分.355323232.1d 6d 6d d 6d 6(1)d 6112366ln |1|1).x t x t tt t t t t t t t t t t t t t t t CC +====-+-+++=-+-++=+⎰⎰⎰⎰6求令,则原式例解2222222222(1)1d 12d d ,11(1)12d 2d 1ln .(1)11x x xI xx xx t t tt x x x t t t t t t t I C t t t t +=+===+---+=⋅==+---⎰⎰⎰法一:令,则,故解222211ln2ln(1).11111ln 22411221ln .2xx C x x C x xI x x Cx x x x C ++=+=+++-+⎛⎫⎛⎫ ⎪==+++-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫⎝⎭+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=++++ ⎪⎝⎭⎰法二:222222222(2)413(2)(2)33tan 23sec d 1cos d 9tan 3sec 9sin 1413.9sin I x x x x x x t t t ttt t tx x C C t ==++++++=-==⋅++=-+=-+⎰⎰⎰⎰8求令原式例解2222222222arcsin d .1arcsin sin d cos d (1sin )d csc d d cot cot d sin 211cot ln |sin |arcsin ln ||(arcsin ).22x I x x xx t x t x t tt t t I t t t t t t t t t t t t x t t t C x x x C =⋅-===+==+=-++-=-+++=-+++⎰⎰⎰⎰⎰9求令,,例解 ()d ()sin d ()cos d ()()d sin d cos d d ()ln ()d ()(arcsin )d ()arctan d ln ()(arcsin )arctan (axm m m ax m m n n m m n n m P x e x P x ax x P x bx x P x m P x u e x ax x bx x v P x ax b x P x x x P x x x ax b x x u P ++⎰⎰⎰⎰⎰⎰一般地,形如,,的积分(其中为次多项式),选取为,,,为应用分部积分降幂;形如,,的积分,选取,,为,)d d x x v 为应用分部积分超越函数代数化.2222111111ln d ln d 122121111ln .21xx x x x I x xx x x x x x x C x -⎛⎫++⎛⎫==-+ ⎪ ⎪--+-⎝⎭⎝⎭-+=++-⎰⎰解3233322233sin ()()d .sin cos sin ().()d d ()()3()d cos sin 3(sin sin )d cos 4sin 6cos .d .(1)d d (1)xx xx xf x x f x x xx x x xf x x x xf x x x f x x f x x f x xx x x x x x x x x x x x x C xe I x e e u x v x e v ''-⎛⎫== ⎪⎝⎭'==-=---=--+=-==-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰1112已知是的一个原函数,求求令,,则例解例解322222211d .(1)2(1)11d .2(1)2(1)d 1111d d (1)1(1)1111d ln |1|ln ||11ln |1|1111ln |2(1)21x x x x x x x x x x x x x x e te x e e x x I e e x t t e t t t t t t e e C t t t t e x Ce x I x e e -==---=-⋅+--⎡⎤=====⋅=-⎢⎥-++⎣⎦⎛⎫=---=---++ ⎪+⎝⎭=---++-=-+----⎰⎰⎰⎰⎰⎰令故又所以1|.xe C ⎡⎤-+⎢⎥⎣⎦arcsin arccos d .arcsin arccos d arcsin arccos (arccos arcsin arcsin arccos arcsin )d arcsin arcc I x x x I x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⋅=⋅-=⋅+-=⋅-⎫--=⋅⎰⎰⎰13求例解os arcsin )2.x x x x C -++22211sind.1cos12cos sin122d sec d tan d2222cos2tan tan d tan d tan.2222().1(1xx x xx x x xnn nxI e xxx xx xI e x e x e xxx x x xe e x e x e CI nI n xx--+=++==+=-+=+====-⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰1415求求为自然数例解例解(2221(1)(1)().2.1ln..n nn nn x n I InI InI x CI C--=-=-+-=-==+=+移项得而有理函数的不定积分用分解为部分公式之和再分项积分是行之有效的方法,但有时计算比较烦琐,如果针对被积函数的某种特点,可应用更简便的方法。
例如:22(1)tan.(2)111()(3)()d d.(4)d.()n nnmx a x a tR tR x x t x tx n txx x a tx a+==-=-⎰⎰⎰被积函数分母中出现因子时,宜用代换当被积函数分子为,分母为较高次数的多项式时,往往可采用倒代换化为假分式.形如的积分可通过代换化为形如的积分宜用代换23tan423222d.(1)d311cos d sin2sin4(1)84323(53)arctan.88(1)x txxxt t t t t Cxx xx Cx=+====+++++=+++⎰⎰⎰16求例解8289101282282864222753753d .(1)1(1)11101d 1d 11111arctan 75311111arctan .753xI x x A A x A A A x x x x x x x t t I t t t t t t t t t t t t CC x x x x x =++=++++++=⎡⎤=-=--+-+⎢⎥++⎣⎦=-+-+-+=-+-+-+⎰⎰⎰17求若将被积函数分解成部分分式之和,需确定个常数.令,则例解 2100219899100100d .(1)21d d 2d d x txI x x t t I t t t t t t t t -=---=--+-=-+-⎰⎰⎰⎰⎰18令求例解979899979899111974999111.97(1)49(1)99(1)t t t C C x x x---=-++=-++--- 三角函数有理式的不定积分通过万能变换tan2xu = 总可化为有理函数积分,但有时很繁,可用如下代换:(1)(sin cos )(sin cos )cos .(2)(sin cos )(sin cos )sin .(3)(sin cos )(sin cos )tan .R x x R x x t x R x x R x x t x R x x R x x t x -=-=-=-=--==当,,时,可用代换当,,时,可用代换当,,时,可用代换44119d .sin cos I x x x =+⎰例444224421d .sin cos (sin cos )(sin cos )tan sec 111d d d tan 11121.I x x xR x x R x x t x x t I x t t x t t t t t C C =+--==+⎛⎫===- ⎪++⎝⎭⎛⎫-+ ⎪⎝⎭-==⎰⎰⎰⎰19求因,,,故令例解4144242223231d .sin cos (sin cos )(sin cos )sin cos d d d sin (1sin )(1)111111d ln 13221111sin ln .3sin sin 21sin u tI x x xR x x R x x u x x u t I x tx x u u t t t t t t C t t xC x x x ==-=-===----⎛-⎫⎛⎫=-++=-+++ ⎪ ⎪-+⎝⎭⎝⎭-=---++⎰⎰⎰⎰⎰20令求因,,,故令,例解7sin cos d .3sin 4cos x xI x x x +=+⎰21求例sin cos 7sin cos (3sin 4cos )(3sin 4cos )(34)sin (43)cos .3474311.13sin 4cos (3sin 4cos )d ln |3s 3sin 4cos x x x x A x x B x x A B x A B x A B A B A B x x x x I x x x x'+=+++=-++-=⎧⎨-=⎩=⎧⎨=-⎩'+-+==-+⎰被积函数的特点是分子、分母均为和的线性组合,不一定用万能变换,可用待定系数法.令故有,解得所以解in 4cos |.x x C ++ 杂例(222222.ln(1)ln(1)2211d 2d 1111112ln arctan 21n .x x x xI x t x t t t t I t t t t t t t t t C t e C I x -==+--⎡⎤⎡⎤=+=-⎢⎥⎢⎥+--+⎣⎦⎣⎦⎡+⎤=-+⎢⎥-⎣⎦=-==⎰⎰22求法一:令,,则法二:例解ln arcsin .x x e e C -=++ln ln (1ln )d .d(ln ).xx x x x x I x x x I e x x e C x C =+==+=+⎰⎰23求例解23222322()()()d .()()()()()()()()()()d d ()()()()()1()d .()()2()f x f x f x I x f x f x f x f x f x f x f x f x f x f x I x xf x f x f x f x f x f x C f x f x f x ''⎛⎫=- ⎪''⎝⎭'''''--==⋅'''⎛⎫⎛⎫==+ ⎪ ⎪'''⎝⎭⎝⎭⎰⎰⎰⎰24求例解22222222322(sin )cos 2tan ()(01)(sin )(sin )d(sin )(cos 2tan )d(sin )(cos 2tan )sin d 1sin cos 2d(cos 2)2d 2cos 11cos 22d cos 2cos d cos 4cos 1cos 22ln |cos 4f x x x f x x f x f x x x x x x x x xxx x xx x x x xx x x '=+<<'==+=+=-+=--+=--⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰25设,求法一:因例解2242212222|cos 3ln(1sin )sin .43()ln(1)ln(1).4sin (sin )12sin 1sin 1()122.11x Cx x C f x x x C x x C xf x x xx f x x x x x++=---+=---+=---+'=-+-'=-+=-+--所以法二:因故21()2d ln(1).1f x x x x x C x ⎛⎫=-+=---+ ⎪-⎝⎭⎰从而§3-2 定积分一、重要概念及公式1. 定积分定义11101(),()d lim ().()[,].[,]()d lim .0,1,1()d lim .nb i i ai i i nb an i nn i f x f x x f x f x a b a b n b a b a f x x f a i n n a b i f x x f n n λξξξ→=→∞=→∞==∆--⎛⎫=+ ⎪⎝⎭==⎛⎫= ⎪⎝⎭∑⎰∑⎰∑⎰若可积则注:定积分的存在与区间的分法和的取法无关,仅与被积函数与区间有关如果把分成等份,取每个小区间的右端点,则有特别地,若则有2. 定积分的性质(略)()[,],()[,][,]()()d ()()d .()1,()[,],[,]()d ()().b baab af x C a bg x C a b a b f x g x x f g x x g x f x C a b a b f x x f b a ξξξξ∈∈∃∈=≡∈∃∈=-⎰⎰⎰积若且不变号,则使特别地,取则有积若则使分第一中值定理分中值定理3. 积分上限函数的导数d [,],()d ()().d xa f C ab f t t f x a x b x ∈=≤≤⎰若则()()d ()d ()[()]()[()].d u x v x f t t u x f u x v x f v x x ''=-⎰一般地, 4. Newton-Leibniz 公式[,],()()[,],()d ()()().b ba af C a b F x f x a b f x x F x F b F a ∈==-⎰若是在上的原函数则5. 定积分的换元公式和分部积分公式[,],[,]([,])(),(),()d [()]()d .()d ()()()()d ().b a b b ba aaf C a b C a b f x x f t t t u x v x u x v x v x u x βαϕαββαϕαϕβϕϕ∈∈=='==-⎰⎰⎰⎰若或且则6. 反常积分 定义略.反常积分是常积分的极限问题. 7. 一些常用的公式2202020[,],2()d ,()()d 0,().[0,1],(sin )d (cos )d (sin )d 2(sin )d (sin )d (sin )d (sin )d .2(,),()()(0)a a af C a a f x x f x f x x f x f C f x x f x x f x x f x x x f x x f x x f x x f C f x l f x l πππππππππ-∈-⎧⎪=⎨⎪⎩∈====∈-∞+∞+=>⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰若则当是偶函数;当是奇函数若则;;若0,()d ()d ()d ()d Cauchy-Schwarz ,[,],a l la a nl laf x x f x x a f x x n f x x a k Z fg C a b +++==∈∈⎰⎰⎰⎰则(为常数).(为常数,).不等式若则222()()d ()d ()d .b a a a b b f x g x x f x x g x x ⎡⎤≤⋅⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰二、利用定积分的定义计算数列的极限[]111001ln 1ln(1)d (1)ln(1)2ln 212)(2).1lim e 4e ee .e ni n i n n n n x xx x x n n =→∞⎛⎫+ ⎪⎝⎭→∞+++--∑⎫⎛⎫=+=⎪⎪⎭⎝⎭⎰====1求极限原式例解111100112sin sin sin lim .11122sin sin sin 11sin sin ,11112112lim sin sin d cos ,1lim sin lim 1n nn i i n n i n n n i n n n n n n n n n n i i n n n n n n n n n n n ni x x xn n n i n n n n ππππππππππππππ→∞==→∞=→∞→∞=⎛⎫ ⎪+++ ⎪+ ⎪++⎝⎭⋅≤+++≤++++==-=⋅=+∑∑∑⎰∑2求极限因又例解112lim sin ,12sin sin sin2lim .1112n n i n i n n n n n n n n n n n ππππππ→∞=→∞⋅=+⎛⎫ ⎪+++= ⎪+ ⎪++⎝⎭∑由夹逼准则知三、利用定积分的几何意义和定积分的性质[]123[,]()0,()0,()0.()d ,1()(),()()(),2baa b f x f x f x S f x x S f b b a S f a f b b a '''><>==-=+-⎰3设在闭区间上记则()例213()[,][,]()()()()()(),()()()d ()d ()()d ,,(D).bb b a a a y f x a b x a b f b f a f b f x f a x a b af b f a f b x f x x f a x a x b a S S S =-≤≤+---⎡⎤≤≤+-⎢⎥-⎣⎦<<⎰⎰⎰由已知条件,曲线在闭区间上是位于由上方的单调下降的(向上)凹弧,故在上从而有即故选解()2sin 222sin sin sin 20002sin 2sin 20sin sin sin ()e sin d ,(A)(B)(C)(D)()e sin d e cos e cos d e cos d 0[0,2]ecos 0()e sin d e sin d e sin d x t xt t t t tt t t F x t t F x t t t t tt t t F x t t t t t πππππππππ+--===-+=>≥==+⎰⎰⎰⎰⎰⎰4设则为正常数;为负常数;恒为零;不为常数;因因在上;或例解()()sin sin 0sin sin 0sin sin e sin d e sin d ee sin d 0[0,]ee ,sin 0(A).u tu t tt tt tu u t tt t t πππππ=----=======+=->≥≥⎰⎰⎰⎰前一式令因在上,故选44120012122121tan d d tan (A)1(B)1(C)1(D)1.x xI x I x xx I I I I I I I I ππ==>>>>>>>>⎰⎰5设,,则();;;例()122222tan 0,,tan ,,.4tan tan sec tan sin cos 00sin ,cos x x x x x I I x x x x x x x x xx x x x x x x π⎛⎫∈>>> ⎪⎝⎭'--⎛⎫==>>> ⎪⎝⎭当时因故从而又因当时故解444100tan tan 4,0,,4tan 4d d 1.(B).x x xx x xx I x x xππππππ=⎛⎫<=∈ ⎪⎝⎭=<=⎰⎰从而故选四、积分上限函数的导数的应用20(1)22202000020()d ,(0)0,(0)0,lim.()d 2()2()limlim2()d ()2()d ()4()4()limlim()3()()3()lim ()lim ()(0)x xx xx x x x x x x f t tf C f f xf t tx f x f x x f t t x f x f t t x f x x f x f x f x f x x f x f x xf x f x f →→→→→→→'∈=≠==++''=='+'+'''==⎰⎰⎰⎰6设求原式因例解000,()limlim ()(0)04(0)1.3(0)(0)x x f x f x f x f f f →→≠''==≠'==''+故原式1ln 1d .lim lim lim 2,n n tt t t x →+∞→+∞⎛⎝===7求极限因故例解1ln 1d 2.n n x ⎛= ⎝()22222224500032054020024300,1lim e d ,e d 31e limlim ,5lim 31e 0,1,31e62e limlim 520xt x xt xx x xx x x x x a b ab t x x x ax x b tax b xx ax b b ax ax x x x -→--→→-→--→→⎛⎫++ ⎪⎝⎭++++====++==-+-+=====⎰⎰8型型确定的取值,使得极限存在并求出极限值.原式由原极限存在知故得于是原式例解()222200222003e lim ,10lim 3e 0,1,3e 11lim lim .101010xx xx x x x a x a a x x x -→-→-→→++==---===-由原极限存在知故得且原式2222(),(0)1,()||()d ().0,()()()d ()()d ()d ()d ()d ()d ,()()d ()()x xx x xxx x xxxg x T g f x x t g t t f T x f x x t g t t t x g t tx g t t tg t t tg t t x g t t f x g t t xg x xg x ==-'>=-+-=-+-'=+-⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰90000设是以为周期的连续函数,求设因故例解22204(2)()()d 2(2)()()d ()d 2(2),()()d ()d 2(2)()d ()d 2(0)2.x xxx xTT T T Txg x xg x g t t xg x xg x g t t g t t xg x f T g t t g t t Tg T g t t g t t Tg T +---+=-+'=-+=-+=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰000所以1012010()(,),lim2.()()d ,()().01()()d ()d ,1()()()d .()(0)lim ()lim 0,(0)(0)d 0,(0)limx xt uxx x x x f x f C xx f xt t x x x x f xt t f u u x f x x f u u x xf x f f x x xf t ϕϕϕϕϕϕϕ→=→→→∈-∞+∞==''≠====='=-+==⋅==='=⎰⎰⎰⎰⎰10令已知且设试求并讨论的连续性当时故又故例解02002200()d ()(0)1()limlim1,21()()d ,0().1,1()1()lim ()lim ()d lim 21(0),2x x x x x x x x f u u x f x xxxf x f u u x x x xx f x f x x f u u xx x ϕϕϕϕϕ→→→→→-===⎧-+≠⎪'=⎨⎪=⎩⎡⎤''=-+=-+==⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰所以因()(,).x ϕ'-∞+∞故在上连续1223012231123002223002()()()d ()d ,().()d ,()d ,(),111()d ()d ,2348()d ()d 24,33,1,83()8f x f x x x f x x x f x x f x A f x x B f x x f x x Ax Bx A f x x x Ax Bx x A B B f x x x Ax Bx x A B A B f x x x x =++===++==++=++==++=++==-=+-⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰11设连续函数满足求设则从而有解得故例解312.()d ()d f x x f x x ⎰⎰注:和都是常数.五、定积分和反常积分的计算2012101111010101011,01(),1,01e (1)d .(1)d ()d ()d ()d 11e d d d ln(1)1e 11e ln(1e )ln 2ln(1).x t x tt tt x xf x x f x x f x x f t t f t t f t tt t t t t e =---------⎧≥⎪⎪+=⎨⎪<⎪+⎩--======+=+=+++++=-++=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰12令设求例解222212220011min ,d .||1122min ,d 2d d 2ln 2.3I x x x I x x x x x x x -⎧⎫=⎨⎬⎩⎭⎧⎫⎡⎤==+=+⎨⎬⎢⎥⎩⎭⎣⎦⎰⎰⎰⎰13求易见被积函数为偶函数,故例解404,.()|sin cos |d (cos sin )d (sin cos )d .n I x n Z f x x I n x n xn x x x n x x x x x x ππππππππ+=∈===⎡⎤=-=-+-⎢⎥⎣⎦=⎰⎰⎰⎰⎰⎰14计算因是周期为的周期函数,故例解121211222001122220011222201(cos )lnd .11ln112ln d [ln(1)ln(1)]d()111[ln(1)ln(1)]d 11111ln 32d ln 32ln 414131ln 3.4xI x x x xxxx I x x x x x xx x x x x x x x x x x x x -+=+-+-+==+---⎛⎫=+---+ ⎪+-⎝⎭+⎡⎤=-=--+⎢⎥--⎣⎦=-⎰⎰⎰⎰⎰15计算因为奇函数,故例解2020,2I x t I ππππ==-===⎰⎰⎰16计算令有例解2200211d d.2240,sind.sin cos4pp pI x xpxxx xπππππ⎡⎤===>=+⎰⎰⎰所以类似地,对任意常数有12404444004400ln(1)d.1tan,ln(1tan)d ln1tan d41tan2ln1d ln d.1tan1tanln2d ln(1tan)d ln2,4ln2.8u txI xxx tI t t t uuu uu uu u u IIππππππππππ=-+=+=⎡⎤⎛⎫=+====-+-⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦-⎡⎤=+=⎢⎥++⎣⎦=-+=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰17求令则所以例解111100010,d ln.ln1d,ln ln11d d d d d d ln.ln11b aby b ab yaab ab b by ya a ax x ba b xx ax x xx yx xx x b x x x y y x x yx y a-+<<=+-==-+==========++⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰18交换积分次序设证明因故例解121111000()arctan(1)(0)0,()d.()d()d(1)(1)()(1)()dy x x y y x xy x x y x x x y x x y x x'=-='=-=---⎰⎰⎰⎰19若,计算例解2(1)1120011(1)arctan(1)d arctan d ln2.284x tx x x t tπ-==---=======-⎰⎰令)(32123121321121222ln ln2.2xπ==+==+=++⎰⎰⎰20计算因为无穷间断点(瑕点),故原式例解2122211d.(1)11,(1)11d ln ln2.1xIx xxx x x xxI x xx x+∞+∞+∞+∞=+=-++⎛⎫⎡=-=-==⎪⎣+⎝⎭⎰⎰21计算因故例解151011101,111555111ln525utIt xIu+∞=+∞====⎛⎫=++=⎪⎝⎭⎰⎰⎰⎰22令求令则有例解六、定积分的证明题4tan d,1,nnI x x nπ⎰23设=为大于的整数试证:例11(1)111(2).2222n nnI InIn n-+=+<<+-;222442001422222(1)(tan tan)d tan sec d11tan.11(2)0,,tan1,tan tan(1),,412,11.2212,11.2212n n nn nnn nn nn n nnn nn n nnI I x x x x x xxn nx x x x n I II I InInI II I InInππππ-------+++=+=⋅==--⎡⎤∈≤≤≥≤⎢⎥⎣⎦≤+=-≤-≥≥+=+≥+⎰⎰当时故从而故即同理,由得即所以证1.222nIn n≤≤+-[]202220002020()[0,2],()0.2()sin d (2)(0).11()sin d ()cos ()cos d 11(2)(0)()cos d 11(2)(0)()cos d .()0,f x f x n f x nx x f f n f x x x f x nx f x nx xn n f f f x nx x n n f f f x nx x n n f x ππππππππππ'≥≤-⎡⎤'=-+⎢⎥⎣⎦'≤-+'≤-+'≥⎰⎰⎰⎰⎰24设函数在上导数连续求证对任意正数有因故例证()()(0)0,f x f f π2-≥为单调增函数,从而又[][]2200()cos ()(),112()sin d (2)(0)()d (2)(0).f x nx f x f x f x x x f f f x x f f n n n ππππ'''≤='≤-+=-⎰⎰所以0000000000000()()d ()d d ,().()()d ()d ()d ()()d ()d d ()d d .()()()d ()d x x ux x uxu x ux ux uf u x u u f t t u f x f u x u u x u f t t x u f t t f t t u f t t u F x f u x u u f t t ⎡⎤-=⎢⎥⎣⎦⎡⎤-=-⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎡⎤=-+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤=⎢⎥⎣⎦⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰25证明:其中为连续函数法一法二令例证00000000d ,()()d ()d ()d d ,()()d ()()()d 0,().(0)0,0,()0,()()d ()d d .x x x x uxxx x uu F x x f u u u f u u f t t u F x f u u x f x x f x f t t F x C F C F x f u x u u f t t u ⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦'=+--≡====⎡⎤-=⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰由于故所以又故因此有即1100111[0,1]()0,ln ()d ln ()d ..111ln ln ,n i nni i f C f x f x x f x x i f n n i i f f n n n n n ===⎡⎤∈>≥⎢⎥⎣⎦⎛⎫≥ ⎪⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫≥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦→∞⎰⎰∑∑∑26设且证明:法一用定积分的定义由于两边取对数,有令取极限,注意到例证10111011100111lim ln ln lim ln ()d ,1lim ln ln ()d ,ln ()d ln ()d .()d ,0,()()lnln 11nn n n i i nn i i i f f f x x n n n n i f f x x n n f x x f x x a f x x a f x f x a a →∞→∞==→∞=⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎡⎤== ⎪ ⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎣⎦⎛⎫= ⎪⎝⎭⎡⎤≥⎢⎥⎣⎦=>⎡⎛⎫=+- ⎪⎝⎭⎣∑∑⎰∑⎰⎰⎰⎰即得法二令由题设有故11110000111000()1,()1ln ()d ln d 1d ()d 10,ln ()d ln d ln ln ()d .f x a f x f x x a x x f x x a a f x x a x a f x x ⎤≤-⎢⎥⎦⎛⎫-≤-=-= ⎪⎝⎭⎡⎤≤==⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰两边积分得所以110111000111000[0,1],()d 0,()d 1.[0,1]() 4..[0,1]() 4.11()d ()d ()d 1,221111()d ()d 4d 1,222[0,f C f x x x f x x f x f x x f x x x f x x f x x x f x x x f x x x x ξξξ∈==∃∈≥∀∈<⎛⎫-=-= ⎪⎝⎭⎛⎫=-≤-<-= ⎪⎝⎭∃∈⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰27设且证明:使用反证明法设有由题设从而有矛盾.所以假设不成立,即例证1]() 4.f ξ≥使(1)2[,][,],()()0,4max |()||()|d .()(,),()[,][,]Lagrange b ax a b f C a b f a f b f x f x x b a x a b f x a x x b ∈∈=='≥-∈⎰28设且证明设因在区间和上满足中值定理条例证1122[,]222()()()()((,)),()()()()((,)),max |()|,()()0,|()|(),|()|(),|()|d |()|d |()|d ()d ()d x a b a b b ba b aaa b af x f a f x a a x f b f x f b x x b M f x f a f b f x M x a f x M b x f x x f x x f x xM x a x M b x x ξξξξ∈+++'-=-∈'-=-∈'===≤-≤-=+≤-+-⎰⎰⎰⎰件,故记并注意到得于是222[,](),44max |()||()|d .()ba b b ax a b b a M f x f x x b a +∈-='≥-⎰⎰即2(2)0[0,2]222222201[0,2],(1)0.()d 3max |()|.Taylor ()()()(1)(1)(1)(2)(1)(1)(2),2!2()1()d (1)(1)d (2)d ()(2)d 22x f C f f x x M M f x f f f x f f x x f x x f f x x f x x x x f x x ξξξξ∈∈=≤''=''''''=+-+-=-+-'''''=-+-=-⎰⎰⎰⎰29已知证明:,其中由一阶公式故例证222222000220,11()d ()(2)d ()(2)d 2211(2)d .23f x x f x x f x x M x x M ξξ''''=-≤-≤-=⎰⎰⎰⎰⎰从而1100d 8[0,1],1()2,()d .()91()2,x f C f x f x x f x f x ∈≤≤≤≤≤⎰⎰30设且证明:因有例证[][]21101101100()1()20,()3()20.()0,2() 3.()d ()d 2 3.()d ()d 2()d 8()d .()9f x f x f x f x f x f x f x xf x x f x xf x x f x x f x x f x --≤-+≤>+≤+≤+≥≤⎰⎰⎰⎰⎰⎰即又因故有积分得由于故2[,],()[,],0,1()()d d .()4b b aaf C a b f x a b M m m M m f x x x f x M m∈>+≤⎰⎰推广:设在上的最大值和最小值分别为和且则有(1)2113002300300[,],(0,1),0()1,(0)0.()d ()d .()0,()(0)0,(0,1).()()d ()d ,[0,1],(0)0,()2()()d ()()2()d x xx xf C a b x f x f f x x f x x f x f x f x F x f t t f t t F C F F x f x f t t f x f x f t t '∈∈<<=⎡⎤>⎢⎥⎣⎦'>>=∈⎡⎤=-∈=⎢⎥⎣⎦'=-=-⎰⎰⎰⎰⎰⎰31设当时证明:因故有设则且例证[]220().()2()d (),[0,1],(0)0,()2()2()()2()1()0,(0,1),xf x x f t t f x C x f x f x f x f x f x x ϕϕϕϕ⎡⎤⎢⎥⎣⎦=-∈='''=-=->∈⎰令则且211300(0,1)()(0)0,()0((0,1)),()[0,1](1)(0)0,()d ()d .x x F x x F x F F f x x f x x ϕϕ∈>='>∈>=⎡⎤<⎢⎥⎣⎦⎰⎰从而当时于是即在上单调增加,因此有即21201()[0,],()cos d ()sin d 0,(0,),,()()0.()[0,](0,)sin 0()sin d 0()(0,).()[0,](0,),()0f x f x x x f x x x f f f x x f x x x f x f x f πππππξξξξπππππξξ====>==⎰⎰⎰3211设在上连续且证明:在内存在相异的两点使不妨设在上不恒为零.由在上及条件可知在内必定变号又由在上的连续性可知,在内至少有一点使例证1111111101110.()(0,),()(0,)(,)sin()(0,)(,)()sin()(0,)()sin()d 0.()sin()d cos ()sin d sin ()cos d 0,.()(0,f x f x x f x x f x x x f x x x f x x x f x x x f x ππππξπξξπξξξπξπξξξξπ---≠-=-=⎰⎰⎰⎰假设是在内的唯一零点则在和上异号.又因在和上异号,故在内不变号.于是另一方面矛盾因此在212)(),()0f ξξξξ≠=2内至少存在一点使.0000()()0,(),11[()]d ()d (0).1()d ,()d .()0,Taylor a a aay f x f x u u t f u t t f u t t a a a b u t t a ab u t t f x ''=≥=⎡⎤≥>⎢⎥⎣⎦==''≥⎰⎰⎰⎰33设二次可微,且求证:对任意连续函数必有记即由于由公式知例证20000()[()]()()[()][()]2!()()[()],[()]d ()()[()]d ()()()d ().0,11[()]d ()()d .a aaa a f f u t fb f b u t b u t b f b f b u t b f u t t a f b f b u t b ta fb f b u t t ab a f b a f u t t f b f u t t a a ξ'''=+-+-'≥+-'≥+-⎡⎤'=+-=⎢⎥⎣⎦>⎡⎤≥=⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰⎰⎰于是又因故有01010100011()[0,1](0)(1)0,()0,|()|d 4max |()|.()0,max |()|0.(0)(1)0,max |()|(0,1),(0,1)|()|max |()|.Lagrange ()x x x x f x f f f x f x x f x f x f x f f f x x f x f x f ξ≤≤≤≤≤≤≤≤==≡/''≥≡>==/∃∈='⎰341设在上具有二阶连续导数,且证明:因故又因故在内取得即使由中值定理,有例证221100100000220002100001000000()(0)(),(0,),(1)()()(),(,1).11|()|d |()|d ()d |()()|()()11|()|max |()|,1(1)(1)x f x f f x x x x f f x f x f x x x f x x f x x f x x f f f x f x f x f x x x x x x x x ξξξξξξξξξ≤≤-==∈--'==∈--''''''''≥≥=--=-=⋅=---⎰⎰⎰10因此而200001111(1),424|()|d 4max |()|.x x x f x x f x ≤≤⎛⎫-=--≤ ⎪⎝⎭''≥⎰10所以§3-3 定积分的应用本节最重要的知识是元素法。