换元法第二类换元法

求取一元定积分和不定积分的6种方法声明：本文章为原创文章，首发于“湖心亭记”其实一元定积分的解法有几种，跳来跳去。

所以做题的时候如果想养成习惯，可以避开所有没有观察到的点。

========================================首先说明求解一元定积分的几种方法：1、奇函数和偶函数法要特别注意的是，奇函数在对称区间的定积分是0，根本不用找。

例1： \[\int_{ - 1}^1 x dx= 0\] 。

解析：显然x在[-1,1]区间内为奇函数，故不用算就知道积分为0。

2、定积分的几何意义法这类题目的特点是，一眼就能看出是圆方程；要么被积函数看似简单，但对原函数进行积分是非常困难的。

匹配后发现，被积函数其实就是我们学过的常见曲线方程(一般来说是圆方程)。

然后我们就可以利用定积分的几何意义，按照常用的方法求面积了。

例2： \[\int_{ - 3}^3 {\sqrt {9 - {x^2}} } dx =\frac{{9\pi }}{2}\]解析：很明显能直接看出被积函数就是一个半圆：x2+y2=9（y>=0），因此积分值为圆面积的一半，非常易求。

例3： \[\int_0^4 {\sqrt {4x - {x^2}} } dx = 2\pi \]解析：这道题如果按照换元法或者分部法是很难积出原函数的。

而且一眼也看不出来被积函数是圆的方程。

但是经过配凑，发现确实是圆的方程。

令 \[y = \sqrt {4x - {x^2}} \] 得到y2+x2-4x=0，进而配凑成y2+(x-2)2=4（y>0），很明显这就是一个以（2,0）为圆心，2为半径的圆。

积分值为圆的面积的一半，非常易求。

小结下：几何意义法下的题目的被积函数一般为一个根号式，式子下含有\[ - {x^2}\]项，因此碰到这样子的可以优先考虑几何意义法。

3、第一类换元法和第二类换元法第一类换元法或者可以称之为整体配凑法，如下：\[\int {f\left( {\varphi \left( x \right)} \right)dx} = k\int {f\left( {\varphi \left( x \right)}\right)d\varphi \left( x \right){\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} } \]例4： \[\int {\sin 2xdx = \frac{1}{2}\int {\sin 2xd2x = - \frac{1}{2}\cos 2x} } \]第二类换元法，可以称之为直接换元，如下：\[\int {f\left( x \right)dx = \int {f\left( {\phi\left( t \right)} \right)d\phi \left( t \right) = \int {g\left( t \right)dt{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt}{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} (x{\rm{ = }}\phi \left( {\rm{t}}\right))} } } \]也就是说将f(x)换成了比较容易积出来的g(t)，当然最后别忘记将t回代成x。

积分的计算方法
1、凑微分法：把被积分式凑成某个函数的微分的积分方法。

2、换元法：包括整体换元，部分换元等等。

3、分部积分法：利用两个相加函数的微分公式，将所建议的分数转变为另外较为简
单的函数的分数。

4、有理函数积分法：有理函数是指由两个多项式函数的商所表示的函数，由多项式
的除法可知，假分式总能化为一个多项式与一个真分式之和。

分数公式法
直接利用积分公式求出不定积分。

换元积分法
换元积分法可分为第一类换元法与第二类换元法。

一、第一类换元法（即为兎微分法）
通过凑微分，最后依托于某个积分公式。

进而求得原不定积分。

二、备注：第二类换元法的转换式必须对称，并且在适当区间上就是单调的。

第二类换元法经常用于消去被积函数中的根式。

当被积函数是次数很高的二项式的时候，为了避免繁琐的展开式，有时也可以使用第二类换元法求解。

常用的换元手段有两种：
1、根式赋值法，
2、三角代换法。

在实际应用领域中，赋值法最常用的就是链式法则，而往往用此替代前面所说的换元。

链式法则就是一种最有效率的微分方法，自然也就是最有效率的分数方法。

分部积分法
分部积分法的实质就是：将所求分数化成两个分数之差，分数难者先分数，实际上就
是两次分数。

有理函数分为整式（即多项式）和分式（即两个多项式的商），分式分为真分式和假
分式，而假分式经过多项式除法可以转化成一个整式和一个真分式的和，可见问题转化为
计算真分式的积分。

可以证明，任何真分式总能水解为部分分式之和。

用换元法求不定积分
用换元法求不定积分的方法如下：
换元积分法可分为第一类换元法与第二类换元法。

第一类换元法也叫凑微分法，通过凑微分，最后依托于某个积分公式，进而求得原不定积分。

第二类换元法的变换式必须可逆，并且Φ（x）在相应区间上是单调的。

第二类换元法经常用于消去被积函数中的根式。

当被积函数是次数很高的二项式的时候，为了避免繁琐的展开式，有时也可以使用第二类换元法求解。

常用的换元手段有两种：根式代换法，三角代换法。

两种换元法例题如下：
第一类换元积分法
原式=∫(x-1+1)/根号下(x-1)dx
=∫[根号下(x-1)+1/根号下(x-1)]d(x-1)
=(2/3)*(x-1)^(3/2)+2根号下(x-1)+C，其中C是任意常数。

第二类换元积分法
令t=根号下(x-1)，则x=t^2+1，dx=2tdt
原式=∫(t^2+1)/t*2tdt
=2∫(t^2+1)dt
=(2/3)*t^3+2t+C
=(2/3)*(x-1)^(3/2)+2根号下(x-1)+C，其中C是任意常数。

高数不定积分第二类换元法
什么叫换元法？换元法是数学中的一种方法，它可以用来解决高数不定积分的
第二类问题。

它是在给定积分内把被积函数按一定的原则引进另一种新函数，然后用新函数代替原函数，再利用原来的计算方法来简化一些复杂的积分。

要想正确地应用换元法，首先要明确看待当前所给积分是一个什么样的函数，它有什么特点。

然后，要做出恰当的换元，把它们换为某种易于计算的函数，在换元后，原函数的积分会变得简单明了很多。

换元法有两个关键点：一个是换出的新函数，一个是详细的运算 8 步骤。

换
出的新函数通常是由数学公式表示的，运算步骤，需要根据给定的积分内容，按照不定积分的基本算法，将原函数换成易于计算的函数，用新函数进行积分运算。

这是完成整个换元步骤的核心。

然而，换元法这类计算方法，借鉴历史上数学大师为我们积累下来的计算技巧
和公式，需要使用者有一定的数学水平才能在相应的积分处进行正确的换元操作，详细熟悉一些常用的函数及其特征，然后根据特征进行换元的同时，考虑成熟的技巧操作，从而节省大量的时间，进而更多的精力可以被集中到积分的计算上来。

换元法是高数不定积分问题中一种传统的解决方法，它是一种借助上述解析性
技巧，将复杂的积分运算转化为计算机更容易理解的模型。

它不但可以精确计算出积分的结果，而且运算步骤设计精巧，使用户可以得到更快速的计算结果，比传统的运算方法高效可靠。

(下转第49页)摘要不定积分是高等数学中的教学重点与难点，不定积分计算方法一般被分为换元积分法、直接积分法与分部积分法几种方式，其中，换元积分法又可以分为第一类换元法与第二类换元法两种，帮助学生掌握好第一类积分法与第二类积分法在归类上的联系与区别，能够有效提高学生应用积分法求解积分问题的能力，第一类积分法与第二类积分法最大的区别就是，第一类积分法不需要设置变量，可以通过凑微法和转化法进行计算，而在使用第二类积分法时，就必须要选择好变量进行替换。

关键词两类“换元积分法”联系区别On the Relationship and Distinction between Two Types of "Integration by Substitution"//Yang YanhuaAbstract Indefinite integral is a key and difficult point of higher mathematics,and the computing methods of indefinite integral are generally classified into integration by substitution,immediate integration and integration by parts,among which integration by substitution can be classified into the first type of substitution and the second type of substitution.To help students master the rela-tionship and distinction between the two types of substitution caneffectively improve students'ability of using integration methodsto solve integration problems.The biggest distinction between the two types of substitution is that variables are not needed in the former but improvising differentiation and conversion method can be used in the computing,while a certain variable must be se-lected to be substituted in the latter.Key words two types of "integration by substitution";relation-ship;distinction不定积分是高等数学中的教学重点与难点，此类知识也是学生学习重积分、定积分与微分方程等知识的学习技术。

定积分是微积分中的重要概念，通过定积分我们可以求解曲线与坐标轴之间的面积、体积以及质心等问题。

在求解定积分时，换元法是一种常用且有效的方法。

换元法分为第一类换元法和第二类换元法，它们在不同类型的积分计算中发挥着重要作用。

下面我们将分别介绍这两种换元法的原理和应用。

一、第一类换元法1.1 换元法简介第一类换元法，又称代换法或变量代换法，是对定积分中被积函数中的变量进行替换，将原来的积分变为更容易求解的积分。

其基本思想是通过引入适当的新变量，将被积函数中的复杂部分转化为简单的形式，从而便于积分计算。

1.2 换元法的步骤（1）寻找合适的变量替换：根据被积函数的形式和特点，选择适当的新变量代替原来的变量。

（2）计算新变量的微分：对新变量进行微分，求出新变量的微分表达式。

（3）将被积函数用新变量表示：将原来的积分中的被积函数用新变量表示出来，得到新的积分形式。

（4）进行积分计算：对新的积分形式进行计算，得出最终结果。

1.3 换元法的应用第一类换元法常用于代换型积分，如含有根式、三角函数等形式的积分。

通过合适的变量替换，可以将原积分化为简单的形式，从而便于求解。

二、第二类换元法2.1 换元法简介第二类换元法，又称参数代换法或极坐标代换法，是通过引入参数来替换被积函数中的自变量，从而实现对原积分的简化。

这种换元法常用于解决平面曲线和曲面的面积、弧长以及质心等问题。

2.2 换元法的步骤（1）引入参数：选择适当的参数替换自变量，通常选择直角坐标系下的参数形式或极坐标系下的参数形式。

（2）表达被积函数：将原来的被积函数用参数表示出来，并求出新的被积函数。

（3）进行积分计算：对新的被积函数进行积分计算，得出最终结果。

2.3 换元法的应用第二类换元法常用于参数型积分，如平面曲线、曲面以及柱面体的面积、弧长和质心的计算。

通过引入参数替换自变量，可以将原积分化为简单的形式，从而便于求解。

三、第一类换元法和第二类换元法的比较3.1 适用范围（1）第一类换元法适用于一般的代换型积分，如含有根式、三角函数等形式的积分；（2）第二类换元法适用于参数型积分，如平面曲线、曲面以及柱面体的面积、弧长和质心的计算。

换元积分法公式
换元积分法是求解不定积分的一种重要方法，其基本思想是通过变量代换将原函数中的变量替换为一个新的变量，从而将原不定积分转化为一个更容易求解的形式。

常用的换元积分法有三种：第一类换元法，第二类换元法以及特殊换元法。

下面将分别介绍这三种换元积分法的公式。

第一类换元积分法的公式如下：
若对于函数f(x)，存在一个可导函数g(x)，满足f(x) = h(g(x))g'(x)，其中h(t)为可导函数，则有∫f(x)dx = ∫h(g(x))g'(x)dx = H(g(x)) + C，其中C为常数，H(t)为h(t)的一个原函数。

第二类换元积分法的公式如下：
若对于函数f(x)，存在一个可导函数g(x)，满足f(x)中至少含有一个因式为g(x)，则有∫f(x)dx = ∫f(g(t))g'(t)dt，其中x = g(t)。

特殊换元积分法的公式如下：
常用的特殊换元积分法包括三角换元法、指数换元法、倒代换法、万能代换法等。

以上是换元积分法的三种常用公式。

在实际应用中，需要根据具体问题的不同选择不同的换元积分法，以求出较为简单的积分形式。

同时，需要注意选取合适的换元变量，并保证换元变量的可导性和可逆性，避免引入新的难以求解的形式。

第二类换元法常见类型总结摘要：一、第二类换元法简介二、第二类换元法常见类型1.单一变量换元2.多元变量换元3.参数换元4.逆换元三、应用实例及解题步骤四、注意事项与技巧五、总结与展望正文：一、第二类换元法简介第二类换元法是数学分析中的一种方法，主要用于求解复杂数学问题。

它通过对变量进行替换，将原问题转化为更简单的问题，从而达到求解原问题的目的。

第二类换元法不同于第一类换元法，它是在积分过程中进行的，可以有效地简化积分的计算过程。

二、第二类换元法常见类型1.单一变量换元单一变量换元是指在积分过程中，将一个较难处理的变量替换为一个容易处理的变量。

这种换元方法可以降低问题的难度，使积分过程更加简洁。

例如，在积分过程中，我们可以将复杂的函数形式换成简单的形式，从而提高积分效率。

2.多元变量换元多元变量换元是指在积分过程中，将多个变量替换为一个新的变量。

这种换元方法可以简化积分过程，使得问题更容易处理。

例如，在多变量函数的积分中，我们可以通过换元将多个变量合并为一个新变量，从而降低问题的复杂度。

3.参数换元参数换元是指在积分过程中，将一个或多个变量替换为参数。

这种换元方法可以使积分过程更加直观，有助于发现积分公式。

例如，在积分过程中，我们可以通过参数换元法，将复杂的函数形式转换为简单的形式，进而求解问题。

4.逆换元逆换元是指在积分过程中，将替换过的变量重新替换回原变量。

这种换元方法在求解问题时，可以恢复原变量的值。

例如，在积分过程中，我们可以通过逆换元法，将换元后的积分结果转换回原变量，从而得到最终的积分结果。

三、应用实例及解题步骤以下以一个具体实例来说明第二类换元法的应用：例：求积分∫(x^2 + 3x + 2)dx解：1.选择换元变量：令u = x^2 + 3x + 2，则原函数可以表示为∫u dx。

2.求出原函数：对u 求导得到du = 2x + 3，所以原函数为F(u) = 1/2 *u^2 + 3/2 * u + C。