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不定积分的求解方法论文标题:不定积分的求解方法综述摘要:不定积分是微积分中的重要概念,用于求解函数的原函数。
本文对不定积分的求解方法进行综述,旨在系统地介绍现有的主要方法,并分析其优缺点。
具体而言,本文将介绍基本积分法、代换法、分部积分法和特殊函数法等常用的不定积分解法。
此外,还将介绍近代数学中对不定积分的一些研究成果,如级数法和微分方程法。
通过对这些方法的比较与分析,读者能够全面了解不定积分的求解方法,为实际问题的求解提供参考。
1.引言不定积分作为微积分的基本工具,广泛应用于数学、物理学、工程学等领域。
通过求解不定积分,我们可以得到函数的原函数,进而求解定积分和解微分方程等问题。
2.基本积分法基本积分法是最基础、最直接的不定积分求解方法。
该方法利用已知的函数导数的求导公式,例如多项式函数、指数函数、三角函数等的积分求解方法。
通过运用这些积分公式,我们可以将一个复杂的函数积分化简为基本函数的积分。
基本积分法虽然简单易用,但只适用于特定的函数类型,对于一些复杂的函数求解效果不佳。
3.代换法代换法又称变量代换法,它通过引入新的变量,将原函数变换为一个新的函数,从而简化积分的求解过程。
其中,常用的代换方法有三角代换法、倒代换法、指数代换法等。
代换法具有广泛的适用性,能够处理多种类型的函数,但正确的选择代换变量对求解结果有重要影响。
4.分部积分法分部积分法是求解不定积分中常用的一种方法,它是利用求导运算和乘法法则的逆过程。
分部积分法的基本思想是将一个积分转化为另一个积分,通过迭代应用该法则可以逐步简化函数的积分形式。
分部积分法适用于求解两个函数相乘的积分,但对于一些特殊函数而言,需要进行适当的改写。
5.特殊函数法特殊函数法是针对一些特殊函数形式的不定积分求解方法。
常见的特殊函数包括反三角函数、双曲函数、对数函数等。
这些函数具有特殊的性质和积分公式,通过熟练掌握它们的性质和技巧,可以更高效地求解不定积分。
不定积分求解方法本页仅作为文档封面,使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March探讨不定积分的解题方法班级学号姓名51 杨洁珊摘要在数学分析中,不定积分占有非常重要的地位,是高等数学教学的难点和重点.具有很高的灵活性,可以开拓学生的思路,培养学生灵活的思维能力,同时还存在一题多解的方法使学生能过做到举一反三、触类旁通的教学效果。
为了正确使用各种积分方法求解不定积分,我们必须掌握它的概念和性质以及积分的基本公式,才能够在以后的解题中做题自如,进行同类迁移。
研究不定积分要重在提高自己的逻辑思维能力、科学分析能力、运用数学语言能力、联想运算能力以及应用能力。
求解不定积分的过程对学生的科学思维和文化素质的培养所起的作用极为明显。
求解不定积分的方法主要有直接积分法(即直接利用积分公式求解)、换元积分法(第一换元积分法、第二换元积分法)、分部积分法。
关键词不定积分、直接积分法、换元积分法、分部积分法、分解积分法。
前言正如假发有逆运算减法,乘法有其逆运算除法一样,微分法也有它的逆运算——积分法。
我们已经知道微分法的基本问题是研究如何从已知函数求出它的导函数,相反:求一个未知函数使其导函数恰好是某一已知函数。
提出这个逆问题,首先是因为它出现在许多实际问题之中,如:已知速度求路程;已知加速度求速度;已知曲线上每一点处的,求曲线方程等等这些都是积分在生活中的应用,特别是在物理学中的应用,变力做功,质点做变速直线运动的路程以及引力问题。
所以掌握不定积分的求法,在我们的数学物理科学研究工作中显得尤为重要。
标题一、直接积分法我们已经知道积分法是微分的逆运算,即直接积分法就是利用最基本的积分公式求解积分。
要掌握这一方法首先就应该熟记,并懂得灵活运用。
下面的基本积分表就必须掌握1.0dx c=⎰2adx ax c=+⎰3.()10,01aaxx dx c a xa+=+≠>+⎰4() 1ln||0 dx x c xx=+≠⎰5.x xe e c=+⎰6.(0,1)ln x x a a dx c a a x=+>≠⎰17.cos sin axdx ax c a=+⎰ ()18sin cos 0axdx ax c a a=-+≠⎰ ()29sec tan 0xdx x c a =+≠⎰210.csc tan xdx x c =+⎰11.sec tan sec x xdx x c =+⎰12.csc cot csc x xdx x c =-+⎰13.arcsin arccos 'dxx c x c =+=-+⎰ 214.arctan cot '1dx dx x c arc x c x=+=-++⎰ 22115.ln ||2dx x a c x a a x a-=+-+⎰ 16.sec ln |sec tan |xdx x x c =++⎰在实际计算中最重要的是要把复杂的运算转化为熟悉的积分公式,如下几种情况(1).假分式化为真分式方法:分母不改变,对分子进行拼凑,转化为真分式。
- 1 -不定积分计算的各种方法广东石油化工学院高州师范学院312数学(2)班 蓝俊杰 【摘要】 本文简单介绍不定积分的性质,分析常见不定积分各种求解方法:直接积分法(公式法)、第一换元积分法、第二换元积分法(三角代换、倒代换、去根号法)、分部积分法,并且结合实例加以讨论分析,寻找快捷简便的解题方法。
【关键词】 不定积分 换元法 三角代换 倒代换 去根号法 分部积分法不定积分是《数学分析》中的一个重要内容,它是学习定积分、广义积分、重积分、曲线积分及各种有关积分函数的基础,因此,掌握不定积分的计算是非常重要的,但是求不定积分没有固定的方法,要根据题型的特点采取不同的方法,同一道题会有不同的解法,是数学分析学习是的一个难点。
本文对不定积分的求解方法进行了总结。
一、不定积分的定义与性质定义1:设()f x , x I ∈,若存在函数()F x ,使得对任意x I ∈均有()()F x f x '=或()()dF x f x dx =,则称()F x 为()f x 的一个原函数。
显然,若f(x)存在原函数,则它的原函数有无穷多个,不同的原函数只相差一个常数。
定义2:()f x 的全部原函数称为()f x 在区间I 上的不定积分,记为()()f x dx F x C =+⎰由[1],若f(x)在区间I 上连续,则f(x)必定存在原函数。
2.不定积分的运算性质- 2 -[]1.()()()()f x g x dx f x dx g x dx αβαβ+=+⎰⎰⎰2.()();()()f x dx f x d x dx f x dx '⎡⎤==⎣⎦⎰⎰ 3.'()),()F x dx F x c dF x F x c =+=+⎰⎰(()二、直接积分法(公式法)利用不定积分运算性质、代数公式、三角函数公式及基本公式从而直接求出不定积分,这种方法就是直接积分法(另称公式法)本积分公式如下:10dx c =⎰().; 7kdx kx C =+⎰();112,11uu x dx x u u +=≠-+⎰(); 8ln dx x C x=+⎰(); 3sin cos xdx x c =-+⎰();9cos sin dx x c =+⎰(); 214arctan 1dx x C x =++⎰();(10)arcsin ;x C =+ 215tan cos dx x C x =+⎰(); 21(11)cot ;sin dx x C x=-+⎰ 6x x xe d e C =+⎰(); 下面具体举例加以讨论:例:2.1.1求不定积分 32(4253)x x x dx -++⎰解:原式=34x dx ⎰-22x dx ⎰+5xdx ⎰+3dx ⎰=43x dx ⎰-22x dx ⎰+5xdx ⎰+3dx ⎰=.43225332x x x x c -+++注:计算多项式的不定积分时,可用不定积分运算性质[1][]()()()()f x g x dx f x dx g x dx αβαβ+=+⎰⎰⎰进行计算。
不定积分的求解方法论文Title: Methods for Solving Indefinite IntegralsAbstract:Keywords: indefinite integrals, antiderivative, direct integration, substitution, integration by parts, partial fractions.1. Introduction (Approximately 150 words)2. Direct Integration (Approximately 250 words)Direct integration, also known as the power rule, is a basic method for solving indefinite integrals. This technique involves applying the power rule backward by increasing the power of the term inside the function. The paper explains the process step-by-step and provides examples to elucidate the method. Additionally, it showcases situations where direct integrationis particularly efficient or fails to yield a solution. By the end of this section, readers will have a solid understanding of the direct integration method.3. Substitution (Approximately 300 words)4. Integration by Parts (Approximately 300 words)Integration by parts is a useful method employed when solving indefinite integrals involving products of functions. It utilizes the product rule of derivatives to rewrite the integralin terms of another set of functions. This paper walks readers through the integration by parts process and provides clear examples to demonstrate the technique. Additionally, it highlights scenarios where integration by parts is most effective and addresses any limitations it may have. By the end of this section, readers should have a firm grasp of the integration by parts method.5. Partial Fractions (Approximately 300 words)6. Conclusion (Approximately 100 words)。
不定积分计算的各种方法广东石油化工学院高州师范学院312数学(1)班梁多彬【摘要】本论文将要介绍常见的不定积分的各种计算方法以及某些特殊不定积分的求解方法,如:直接积分法(公式法)、分部积分法、换元积分法(第一换元积分法和第二换元积分法)、以及一些特殊函数的积分技巧与方法(有理函数的不定积分以及简单无理函数与三角函数的不定积分),并将结合例题探讨快捷方便的解题方法。
【关键词】不定积分直接积分法分部积分法换元积分法有理函数不定积分简单无理函数与三角函数有理式的不定积分一、引言不定积分是《数学分析》中的一个重要内容,它是定积分、广义积分,瑕积分、重积分、曲线积分以及各种有关积分的基础,掌握不定积分的计算方法对于学习这些后续内容具有重要意义。
不定积分的解法不像微分运算有一定的法则,它需要根据不同的题型特点采用不同的解法,因此积分运算比起微分运算来,方法更多样,技巧性更强。
下面将不定积分的各种计算方法分类归纳,以便于更好的掌握、运用。
二、不定积分的概念定义:函数f(x)在区间I的所有的原函数()()RF∈xCC+称为函数f(x)的不∀定积分,表为⎰+=C x F dxx f )()( ()()('x f x F =,C 为积分常数),其中∫称为积分符号,x 称为积分变量,f(x)称为被积函数,f(x)dx 称为被积表达式,C 称为积分常数。
在这里要特别注意:一个函数的不定积分既不是一个数,也不是一个函数,而是一个函数族。
列如:at at =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'221,而⎰+=C at atdt 221; ()x x cos sin '=,而⎰+=C x xdx sin cos ;2'331x x =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛,而⎰+=C x dx x 3231. 这也就是说:()⎰)(dx f dx和⎰dx x f )('是不相等的,即前者的结果是一个函数,而后者是无穷多个函数,所以,在书写计算结果时一定不能忘记积分常数。
高等数学不定积分教法浅议【摘要】高等数学是高职高专院校各专业必修的一门重要的公共基础课程,通过本课程的学习,可以使学生获得高等数学方面的基本理论、基本概念和基本知识,为后继课程的学习和今后工作打下必要的数学基础,它对培养、提高学生的思维素质、创新能力、科学精神、治学态度以及用数学知识解决实际问题的能力都有着非常重要的作用.高等数学的主要内容是微积分,而我们在教学过程中,最棘手的也是函数的求导与积分的计算问题,尤其是复合函数的求导和第一类换元积分法(凑微分法)求积分.本文就如何判断并使用凑微分法求积分的问题谈谈个人心得体会.【关键词】积分;凑微分;被积函数;复合函数【中图分类号】g642【文献标识码】b在《高等数学》的教学过程中,学到导数时就会有一部分同学掉队,再学积分时就会在导数的基础上又有一部分同学掉队.这也是《高等数学》学习过程中拉开学生档次的一个重要地方.那么如何抓住这部分内容呢?笔者认为既然不定积分是导数的逆运算,那么微分运算公式在积分中的地位就不言而喻了,只有在掌握了导数运算的基础上,我们才能看积分的运算,而积分运算中最重要的、使用最多的是第一类换元积分法,也就是凑微分法,它的运算基本上就是不同类型的微分公式的逆推.如何判断所给积分能否使用凑微分法求不定积分呢?下面我们就由浅入深观察凑微分法的判定与运算.凡是能够使用凑微分法的不定积分中被积函数均可以看成是若干个函数的乘积,且其中必包含一个主函数(一般复合函数居多),将其中若干函数经过一次或若干次还原必可以得到主函数或主函数的一部分,系数我们就不考虑了,因为系数可以根据实际情况凑.下面我们就先以最简单的,主复合函数为二重复合函数(或基本初等函数)的不定积分(即只需经过一次还原的凑微分法)为例对其进行解释.1.若不定积分中含有f(x)g[φ(x)]d x,且有∫f(x)d x=φ(x)+c或∫f(x)d x=g[φ(x)]+c,则该不定积分一定可以使用凑微分法进行计算,即必有∫f(x)g[φ(x)]d x=∫g[φ(x)]dφ(x)或∫f(x)g [φ(x)]d x=∫g[φ(x)]d g[φ(x)],这样我们只要将φ(x)看成一个整体使用积分公式进行计算即可.例1 判定下列哪些不定积分可以使用第一类换元积分法求解.(1)∫x·sin x d x;(2)∫x·sinx2d x;(3)∫x·sin e x d x;(4)∫ln x[]x d x.求解过程如下:(1)因为∫x d x=1[]2x2+c不等于x+c,也不等于sin x+c,所以不满足凑微分法的条件.(2)∫x d x=1[]2x2+c,系数不影响判定,因此原式可使用凑微分法.原式=1[]2∫sin x2d x2=-1[]2cosx2+c.(3)∫x d x=1[]2x2+c不等于e x,也不等于sin e x,所以不满足凑微分法的条件.(4)∫1[]x d x=ln x+c,因此原式可使用凑微分法进行计算,即∫ln x[]x d x=∫ln xd ln x=1[]2(ln x)2+c.这样基本上所有该类型的不定积分我们就都可以进行计算了,只是形式不同而已,原理都是一样的.例如下列各题:例2 求解下列积分:(1)∫arcsin x[]1-x2d x;(2)∫e arcsin x[]1-x2d x;(3)∫1[]arcsin x1-x2d x.求解过程如下:(1)∫1[]1-x2d x=arcsin x+c,所以原式=∫arcsin x darcsin x=1[]2(arcsin x)2+c.(2)原式=∫e arcsin x d arcsin x=e arcsin x+c.(3)原式=∫1[]arcsin x darcsin x=ln|arcsin x|+c.有了简单凑微分法的计算方法,我们就可以在此基础上增加难度了,比如被积函数需经过至少两次凑微分才能求解.下面我们就将凑微分法的基本公式推广至被积函数需经过两次换元的不定积分,其他的可以以此类推.2.需经过两次凑微分运算的不定积分又有什么样的特征呢?我们同样给出例子来进行判定.例3 ∫x·sin x2·coscos x2d x.经过观察我们会发现coscos x2是一个三重复合函数,而且式子之中目前只有x可以参与凑微分,试将其凑成微分会发现原式可变形为1[]2∫sin x2coscos x2d x2,将x2看成一个整体,那么该式又变成了和被积函数经一次凑微分运算的不定积分类型相同的积分了,接下来按照上面的方法将sin x2的原式可变形为-1[]2∫coscos x 2d cos x2,根据积分公式可得出原式等于-1[]2 sincos x2+c,相应的,其他具有该特征的不定积分我们就又都可以求解了.下面我们再举一些例子.例4 求解下列不定积分:(1)∫1[]x ln x lnln x d x;(2)∫lnln x[]x ln x d x;(3)∫coslnln x[]x ln x d x.求解过程如下:(1)原式=∫1[]ln x lnln x d lnx=∫1[]lnln x dlnln x=ln|lnln x|+c.(2)原式=∫lnln x[]ln x dln x=∫lnln x d lnln x=1[]2(lnln x)2+c.(3)原式=∫coslnln x[]ln x dln x=∫coslnln x d lnln x=sinlnln x+c.这样所有的利用凑微分法求解不定积分的题我们就都可以进行求解了,当然我们说会做题还不是我们对这部分内容掌握的最高境界,如果只给出题的一部分让你能够将该题补充完整并使之能够应用凑微分法进行计算,这才说明我们对凑微分法理解得非常透彻了.下面我们也举一些该类型的例子进行一下观察,首先是使用一次凑微分法进行计算的题.例5 补充下列各式使之能够使用凑微分法进行计算并求解:(1)∫ln x d x; (2)∫cose xd x; (3)∫sintan x d x.考虑求解方法,那就需要运用我们的求导公式了,分别看谁的导数是ln x,e x,tan x,然后将其以乘积的形式补充给被积函数即可.求解过程如下:(1)原式应补充为∫ln x[]x d x且∫ln x[]x d x=∫ln x d ln x=1[]2(ln x)2+ c.(2)原式应补充为∫e x cose x d x 且∫e x cos e x d x=∫cose x d e x sin e x+c.(3)原式应补充为∫sec2x sintan x d x且sec2x sintan x d x=∫sintan x dtan x=-costan x+c.相应的我们还可以将这些题变得更复杂一些.例6 补充下列各式使之能够使用凑微分法进行计算并求解:(1)∫1[]lnln x d x; (2)∫lnlnx d x; (3)∫coslnln x d x.求解过程如下:(1)原式应补充为∫1[]x ln x lnln x dx且∫1[]x ln x lnln x d x=∫1[]ln x lnln x d ln x=∫1[]lnln x dlnln x=ln|lnln x|+c.(2)原式应补充为∫lnln x[]x ln x d x 且∫lnln x[]x ln x d x=∫lnln x[] ln x dln x=∫lnln x dlnln x=1[]2( lnln x)2+c.(3)原式应补充为∫coslnln x[]x ln x d x且∫coslnln x[]ln x dln x=∫coslnln x dlnln x=sinlnln x+c.这样就算再有变化也就是形式上的改变了,计算方法和原理都是一样的.。
不定积分计算的各种方法广东石油化工学院高州师范学院312数学(1)班梁多彬【摘要】本论文将要介绍常见的不定积分的各种计算方法以及某些特殊不定积分的求解方法,如:直接积分法(公式法)、分部积分法、换元积分法(第一换元积分法和第二换元积分法)、以及一些特殊函数的积分技巧与方法(有理函数的不定积分以及简单无理函数与三角函数的不定积分),并将结合例题探讨快捷方便的解题方法。
【关键词】不定积分直接积分法分部积分法换元积分法有理函数不定积分简单无理函数与三角函数有理式的不定积分一、引言不定积分是《数学分析》中的一个重要内容,它是定积分、广义积分,瑕积分、重积分、曲线积分以及各种有关积分的基础,掌握不定积分的计算方法对于学习这些后续内容具有重要意义。
不定积分的解法不像微分运算有一定的法则,它需要根据不同的题型特点采用不同的解法,因此积分运算比起微分运算来,方法更多样,技巧性更强。
下面将不定积分的各种计算方法分类归纳,以便于更好的掌握、运用。
二、不定积分的概念定义:函数f(x)在区间I的所有的原函数()()RF∈xCC+称为函数f(x)的不∀定积分,表为⎰+=C x F dxx f )()( ()()('x f x F =,C 为积分常数),其中∫称为积分符号,x 称为积分变量,f(x)称为被积函数,f(x)dx 称为被积表达式,C 称为积分常数。
在这里要特别注意:一个函数的不定积分既不是一个数,也不是一个函数,而是一个函数族。
列如:at at =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'221,而⎰+=C at atdt 221; ()x x cos sin '=,而⎰+=C x xdx sin cos ;2'331x x =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛,而⎰+=C x dx x 3231. 这也就是说:()⎰)(dx f dx和⎰dx x f )('是不相等的,即前者的结果是一个函数,而后者是无穷多个函数,所以,在书写计算结果时一定不能忘记积分常数。
三、不定积分的计算方法1.直接积分法既然积分运算是微分运算的逆运算,那么自然地可以从导数公式得到相应的积分公式,并且我们把一些基本的积分公式列成一个表,这个表通常叫作基本积分表:直接积分法就是利用基本积分公式直接进行不定积分的计算,例如: 例3.1、计算()⎰++dx x x x 35746 解:原式⎰⎰⎰++=dx dx x dx x 35x 746()()c x x x c x c x c x xdxdx x dx x +++=⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++=++=⎰⎰⎰257322517462323357需要说明的是:1c ,2c ,3c 为任意的常数,因此可用一个常数c 来表示。
以后对于一个不对积分,只要在积分结果后面所得的式子中写上一个积分常数即可,后面的就不一一说明了。
例3.2、求⎰+dx x221x . 解:原式⎰+-+=dx x 2211x 1Cx x xdxdx dx x +-=+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎰⎰⎰arctan 111122 注:这里有一个技巧的方法:将多项式拆分成多个单项式,然后利用基本积分公式进行计算。
直接积分法只能计算比较简单的不定积分,或者是稍做变形就可以用基本积分表解决的不定积分,对于其他有点复杂的不定积分便无从下手,所以,下面我们将一一讨论其他方法。
2.分部积分法分部积分法是由导数乘法规律推导出来的,其公式是⎰⎰-=dx vu uv dx uv '' (1)或⎰⎰-=vdu uv udv(2)说明:分部积分法的关键是u 和dv 的选取,其一般原则是(1)⎰vdu 要比⎰udv 易求;(2)v 要容易求出.根据此原则在下表中列出了在几种常见的分部积分类型中相应的u 和dv 的选取方法:注:表中a,b,k 均为常数,)(x P n 为x 的n 次多项式。
下面举一些例子来说明上表的应用。
例4.1 计算⎰xdx x sin解:令x u =,xdx dv sin =,则x v cos -=⎰⎰⎰++-=+-=-=C x x x xdx x x x xd xdx x sin cos cos cos cos sin例4.2 求不定积分⎰dx ex x 22解: 令2x u =,dx e dv x 2-=,则xdx du 2=,x e v 221--=,[][][]Ce xe e x dxe xe e x xde e x dx xe e x de x dx e x x x x x x x xx xx x x +⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=-+-=+-=--=-=-----------⎰⎰⎰⎰⎰2222222222222222222121212122121例.4.3 求⎰dx xx2ln解: 设x u ln =,dx x dv 21=,则dx xdu 1=,xv 1-=.所以有Cx xC x x x xdx x x x xd dx x x ++-=+-=+-=-=⎰⎰⎰)1(ln 11ln -ln )1(ln ln 22例4.4 计算⎰xdx 3sec 解: 由于xdx dx xx d 22sec cos 1)(tan ==,则令x u sec =,xdx dv 2sec =,并令⎰=xdx I 3sec ,则有 xdx x du tan sec =,x v tan = 所以有()xx I x x xdx xdx x x x x xdx x x x xdxx x x x xd x x x ecxd I tan sec ln tan sec sec sec tan sec )1sec (tan sec 1sec tan sec sec tan tan sec )(sec tan tan sec )(tan s 32222++-=+-=-=--=-=-==⎰⎰⎰⎰⎰⎰于是得()C x x x x I +++=tan sec ln tan sec 21分部积分公式还可以推导积分递推式,例如 例4.5 计算⎰xdx n sin 其中 ( n>1是正整数 )解: 令x u n 1sin -=,xdx dv sin =,则()xdx x n du n cos sin 12--=,x v cos -=,所以得nn n n n n n n n n n n n n n In xdx n x x xdxn xdx n x x dxx x n x x x x xdx x n x x x xd x x x xd xdx I ⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰---+-=---+-=--+-=-=-+-=+-=-==-----------)1(sin )1(cos sin sin )1(sin 1cos sin )sin 1(sin )1(cos sin )sin 1cos (cos sin )1(cos sin )(sin cos cos sin )cos (sin sin 212122122221211 所以有21211cos sin 1sin 1cos sin 1-----+-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=⎰n n n n n I n n x x n xdx n n x x n I 注:上例导出了一个递推公式,只要是重复利用该递推公式,则x sin 的偶次幂最终将递推到1,奇数幂则最终将被递推到x sin ,而1和x sin 可以积出来,因此利用上式递推公式可以积分x sin 的任意正整数幂。
由上面这些例子,对于分部积分法的u 和dv 的选择可以总结出以下规律:优先考虑取为u 的函数的顺序为“反对幂三指”,即按反三角函数、对数函数、幂函数、三角函数和指数函数的先后顺序优先选择函数作为u ,积分式其余部分则凑为dv .3.换元积分法 (1)第一换元法如果不定积分⎰dx x f )(用直接积分法不易求得,但被积函数可分解为())()()('x x g x f ϕϕ=令()x u ϕ=,并注意到()()x d dx x ϕϕ=',则可将有关于变量x 的积分转化为关于u 的积分,于是有()()[]()()[]()()[].)()(回代积分)()(换元变形凑合'C x F x u C u F du u f u x x d x f dx x x f dx x f +=+=⎰⎰⎰⎰ϕϕϕϕϕϕϕ这就是第一换元积分法。
一般可用第一换元积分法,即可用“凑微分”法解的题型较多,方法也很灵活,但也有规律可循,按基本初等函数类型进行总结,常见题型有:下面举例说明: 例5.1 计算⎰+25x dx. 解:()()()C x x u C u uduux x x d dx x x+++=+==+++=++=⎰⎰⎰25ln 5125ln 515125252551252551原式'例5.2 计算⎰xdx sec 解法一:()()()()C xxx x d x x d x x xd xxd dx xxdx xxdx +-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=-+=-===⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰sin 1sin 1ln 21sin 1sin sin 1sin 21sin 1sin 1sin sin1sin cos cos cos 1sec 22解法二:()()C x x x x x x d dx x x x x x dx x x x x x xdx++=++=++=++=⎰⎰⎰⎰tan sec ln tan sec tan sec tan sec tan sec sec tan sec tan sec sec sec 2虽然这两种解法所得的结果只是形式上的不同,但经过验证均为x sec 的原函数。
例5.3 求不定积分⎰xdx 52cos sin 解:()()C x x x x d x x x x d x x x xd x xdx x ++-=+-=-==⎰⎰⎰⎰7536422224252sin 71sin 52sin 31)(sin sin sin 2sin)(sin sin 1sin )(sin cos sin cos sin例5.4 求 ⎰.cos 2xdx 解:()C x x x xd dx xdx dx dx xxdx++=+=+=+=⎰⎰⎰⎰⎰⎰2sin 4121)2(2cos 41212cos 2122cos 1cos2注:当被积函数是三角函数的乘积时,拆开奇数次项去凑微分。
当被积函数为三角函数的偶数次幂时,常用半角公式通过降低幂次的方法来计算;若为奇次,则拆一项去凑,剩下的偶次用半角公式降幂后再计算。
(2)第二换元积分法适当地选择变量代换()t x ψ=,将积分()⎰dx x f 化为积分()[]()⎰.'dt t t f ψψ这是另一种形式的变量代换,换元公式可表达为:()()[]()⎰⎰=.'dt t t f dxx f ψψ可是这公式的成立需要一定条件:首先,等式右边的不定积分要存在,即()[]()⎰dt t t f 'ψψ有原函数;其次,()[]()⎰dt t t f 'ψψ求出后必须用()t x ψ=的反函数()x t 1-=ψ代回去,为了保证该反函数存在而且是可导的,我们假定直接函数()t x ψ=在t 的某一个区间上是单调的、可导的,并且().0'≠t ψ 则有()()[]()()()[]⎰⎰+=+==-.1'C x F C t F dt t t f dx x f ψψψ 其中()x 1-ψ是()t x ψ=的原函数。