第二类换元积分法

第二类换元积分法三角代换第二类换元积分法是数学中常用的一种方法，得名于它对被积函数进行的一种特殊变换。

它与第一类换元积分法不同，第一类换元积分法是一种利用导数关系的方法，而第二类换元积分法是一种代数变换的方法。

在第二类换元积分法中，三角代换是一种重要的技巧。

本文将对于第二类换元积分法三角代换进行详细讲解。

一、三角函数与三角比的定义三角函数是一个广泛应用于数学和自然科学中的函数，是一种以角度作为自变变量的周期函数。

常见的三角函数包括正弦函数、余弦函数、正切函数和余切函数。

正弦函数和余弦函数的周期是 $2\pi$，而正切函数和余切函数的周期是 $\pi$。

三角比是三角函数中的一种，是指在直角三角形中各边的长度之比。

其中正弦、余弦和正切分别是：$$\sin\theta = \frac{opposite}{hypotenuse} \quad \cos\theta = \frac{adjacent}{hypotenuse} \quad\tan\theta = \frac{opposite}{adjacent}$$二、三角代换的基本思想三角代换是指将代数式中的未知量用三角函数或三角比来表示，从而使被积函数能够被化为一些比较简单的形式。

三角代换的基本思想是根据三角函数的周期性和单调性，将被积函数变为一个更易于积分的形式。

同时，三角代换通常要求代换变量与原变量的关系为一个三角函数或三角比。

三、三角代换的常见形式1、反三角代换反三角代换是指将被积函数中的一部分转化为反三角函数或反三角比形式，从而使被积函数更加便于积分。

常见的反三角代换包括：$$\int \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}dx = \arcsin\frac{x}{a}+C \quad \int\frac{1}{x^2-a^2}dx = \frac{1}{2a}\ln\left|\frac{x-a}{x+a}\right|+C$$2、三角函数代换三角函数代换要求被代换的部分可以表示为$\sin\theta$ 或 $\cos\theta$ 的形式。

令u =
ex
−1,
则
d
x
=
1
2u + u2
d
u
∫ = 2x ex −1− 4
u22+u12 − 1+ u2
1
d
u
− 4(u − arctan u) + C
= 2x ex −1 − 4 ex −1 + 4arctan ex −1 + C
方法2 (先换元,再分部)
令 u=
ex
−1,
则
x
=
ln(1 +
u2),
积分得: uv = ∫ u′vdx + ∫ uv′dx ∫ uv′dx = uv − ∫ u′v dx 分部积分公式
或 ∫uv′dx =∫udv = uv − ∫ vdu
选取 u 及 v′(或dv) 的原则: 1) v’ 容易积，u求导简单 ;
2) ∫ u′v dx 比 ∫ u v′ dx 容易计算 .
2
2
∫ 2. 求 I =
dx . 4x2 + 9
解:
I
=
1 2
∫
d (2x) = 1 ln 2x + (2x)2 + 32 2
4x2 + 9 + C
∫ 3. ∫ x2
1 dx x3 +1
=1 3
1 d (x3 +1) x3 +1
= 2 x3 +1+ C 3
∫ 4.
∫
2x + 3 dx 1+ 2x+ a2 = a2 tan2 t + a2 = a sect
dx = a sec2 t d t

第一节 不定积分(之三)
一、第二类换元积分法 二、分部积分法
一、第二类换元积分法
第一类换元法解决的问题
f [(x)](x)dx f (u)d u u (x)
难求
易求
若若所所求求积积分分 ff(u(x)d)dux难难求求，，作变量替换 x (t)
代入原式中有f [(x)](x)dx 易求,
∴ 原式= sin x d e x
ex sin x ex cos x dx
再令 u cos x , v ex , 则
ex sin x ex cos x ex sin x dx
故
原式 =
1 2
e
x
(sin
x
cos
x)
C
说明: 也可设
为三角函数 , 但两次所设类型
必须一致 .
解题技巧:
x
x
1 x
dx
x ln x x C
例6.求
解: 令 u arcsin x , dv dx , 则
原式 = x arcsin x
x dx
1 x2
x arcsin x
1 2
1 d(1x2 ) 1 x2
x arcsin x 1 x2 C
2、当被积函数由三个及以上函数的乘积组成时， 则首先要通过适当的恒等变换，将其化成两个函 数乘积的形式，再用分部积分公式求解
a2
1
cos 2
2t
d
t
a2
t sin 2t C
24
sin 2t 2sin t cost 2 x a2 x2 aa
a2 arcsin x 1 x a2 x2 C
2
a2
公式1： a2 x2 dx a2 arcsin x x a2 x2 C (a 0)

§ 4.2 换元积分法(第二类)I 授课题目(章节)：§ 4.2 换元积分法(第二类换元积分法)n 教学目的与要求：1.了解第二类换元法的基本思想2.掌握几种典型题的第二类换元积分法解法川教学重点与难点：重点：第二换元法中的三角代换及根式代换难点：积分后的结果进行反代换IV 讲授内容：第一类换元积分法的思想是：在求积分g(x)dx时如果函数g(x)可以化为f[ (x)] (x)的形式那么g(x)dx f[ (x)] (x)dx f[ (x)]d (x)u (x) f(u)duF(u) C F[ (x)] C所以第一换元积分法体现了“凑”的思想•把被积函数凑出形如f[ (x)] (x)函数来.对于某些函数第一换元积分法无能为力，例如a2x2 dx.对于这样的无理函数的积分我们就得用今天要学习的第二类换元积分法。

第二类换元的基本思想是选择适当的变量代换x (t)将无理函数f (x)的积分f (x)dx化为有理式f[ (t)] (t)的积分f[ (t)] (t)dt。

即f(x)dx f[ (t)] (t)dt若上面的等式右端的被积函数f[ (t)] (t)有原函数(t)，则f[ (t)] (t)dt (t) C ,然后再把(t)中的t还原成1 (x)，所以需要一开始的变量代换x (t)有反函数。

定理2设x (t)是单调、可导的函数，且(t) 0,又设f[ (t)] (t)有原函数(t)，则1f(x)dx f[ (t)] (t)dt (t) C [ (x)] C分析要证明f(x)dx [ 1(x)] C，只要证明[1(x)]的导数为f(x),d 「1,、■, d dt dt[(x)] , ?dx dt dx dx可将原积分化作三角有理函数的积分x2例2求 . 2 dx4 x,)，则 ' 4 x2 24sin 2t2costdt =2cost2cost，dx 2costdt(2 2cos2t)dt 2t si n2t C2 2证明x (t)单调、可导，x (t)存在反函数t-(x)，且字dx1dxdt1It)Q —dx-J -JI A[1(x)]頁匸f[ (t)]⑴飞f(x)1 (x)］是f (x)是一个原函数f (x)dx [-(x)]第二换元法，常用于如下基本类型类型1 ：被积函数中含有..a2x2( a 0) ,可令x asint (并约定例1求a2x2dx (a 0)解令x asint acost dx acostdt.a2x2dx a costa costdt a2 (21-cos2t)dt2at22 a sin 2t42at22a sin tcost2a2x x —C arcs in a2 a 2把sin t，cost用x表示.借助下面的辅助三角形2t 2sin tcost解令x 2sint，4—^dt2C 2arcsi n ——44x2 C2 2类型2 :被积函数中含有,a2x2(a 0)可令x ata nt 并约定t ( ,)，则2 2asect ；dx 2a sec tdt ；可将原积分化为三角有理函数的积分dx(a 0)解令x atant，t ( , )，^V .”.：x a2 22asect, dx a sec tdtsectdt In sect tant C例4求解令xdxx 2 \ 42ta ntdxx2.4 x21 cost ,,2 dt4 sin t-^^dsi nt sint.4 x2 21 sect4 2dtant1 1 cC1dt414 sin t,)，则2 22sec t24tan t 2sectdx(x2 9)2（分母是二次质因式的平方23sec tdt2dx 2 sec tdt1萼dtsin2tcos t4 x2Cdx 3sec21 工 127cos2 tdt(x29) 2481sec1 t 1 t—(1 cos2t)dt ——cos 2tdt —54 54 54 54t 1 t 1—sin 2t —一sin t cost C54 2 54 54 54解令x 3tant,贝U x2 9 9sec21, dx12 54cos2td2t3x（第二换兀积分法分）(x 2x 5)1x 1 arcta n —2 2解(x 2x 5)2 2 2[2 (x 1)]，令x 1 2ta ntt (i ，2)则dx 2 2(x 2x 5)笄壬水1 (12 sec t 16cOs2t)dt1sin t cost C161 x 1 arcta n — 16 21 x 1 8 x 22x 类型3 被积分函数中含有(a 0)，当 x a 时，可令x asect ，并约定I 2 2t （0,—），贝U x a ata nt , 将原积分化为三角有理函数的积分。