Методы интегрирования ИТ
Найдите интеграл $$\int \frac{dx}{sin^2xcos^2x}$$:
Табличные интегралы:
$$\int \frac{dx}{cos^2x}=tgx+C;$$
$$\int \frac{dx}{sin^2x}=-ctgx+C.$$
- Преобразуем подынтегральную функцию:
$$\frac{1}{sin^2xcos^2x}=\frac{sin^2x+cos^2x}{sin^2xcos^2x}=$$ - Найдем сумму интегралов:$$\int \frac{dx}{cos^2x}+ \int \frac{dx}{sin^2x}=tgx-ctgx+C.$$
$$=\frac{sin^2x}{sin^2xcos^2x}+\frac{cos^2x}{sin^2xcos^2x}=$$$$\frac{1}{cos^2x}+\frac{1}{sin^2x}.$$
Тригонометрическое тождество:
$$sin^2x+cos^2x=1.$$
Найдите интеграл $$\int \frac{dx}{9x^2-4}$$:
$$\int \frac{dx}{x^2-a^2}=\frac{1}{2a}ln\frac{\left | x-a \right |}{\left |x+a \right |}+C$$
$$\int \frac{dx}{9\left ( x^2-\frac{4}{9} \right )}=\frac{1}{9}\int \frac{dx}{x^2-\left (\frac{2}{3} \right )^2}=$$
$$=\frac{1}{9}\cdot \frac{3}{4}ln$$$$\left |\frac{x-\frac{2}{3}}{x+\frac{2}{3}} \right |+C=$$$$\frac{1}{12}ln \left |\frac{3x-2}{3x+2} \right |+C.$$
Этот интеграл можно найти по формуле
$$\int \frac{dx}{x^2-1}=\frac{1}{2a}ln\frac{\left | x-1 \right |}{\left |x+1 \right |}+C,$$ если поступить так:
$$\int \frac{dx}{4\left(\frac{9x^2}{4}-1 \right)}= \frac{1}{4}\cdot \frac{2}{3}\int \frac{d(\frac{3x}{2})}{\left (\frac{3x}{2}\right)^2-1} =$$
$$=\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{2} ln \left |\frac{\frac{3x}{2}-1}{\frac{3x}{2}+1} \right |+C= \frac{1}{12}ln \left |\frac{3x-2}{3x+2} \right |+C.$$
Найдите интеграл $$\int xsinxdx$$:
Формула интегрирования по частям:
$$\int udv=uv-\int vdu,$$
где $$u=f_{1}(x),$$ а $$v=f_{2}(x)$$ – дифференцируемые функции.
Табличные интегралы:
$$\int sinxdx=-cosx+C;$$
$$\int cosxdx=sinx+C.$$
Полагая $$x=u,$$ а $$sinxdx=dv,$$ получим:
- $$x{}'dx=u{}'du,$$ $$dx=du;$$
- $$\int sinxdx=\int dv$$ $$-cosx=v.$$
$$\int xsinxdx=-xcosx+\int cosxdx=-xcosx+sinx+C.$$
Метод интегрирования по частям применяют в случае, когда подынтегральная функция является трансцендентной функцией или представляет собою произведение алгебраической и трансцендентной функций.
В качестве $$u$$ обычно выбирается функция, которая упрощается дифференцированием, а в качестве $$dv$$– оставшаяся часть подынтегрального выражения, обязательно содержащая $$dx.$$
Найдите интеграл $$\int xsin(x^2+2)dx$$:
Формула преобразования дифференциала:
$$\int f(x)dx=\int \frac{f(x)dg(x)}{g{}'\left (x \right )}.$$
Табличный интеграл:
$$\int sinxdx=-cosx+C.$$
Изменяя дифференциал, получим:
$$\int \frac{xsin(x^2+2)d(x^2+2)}{(x^2+2){}'}=$$$$\int \frac{xsin(x^2+2)d(x^2+2)}{2x}=$$
$$=\frac{1}{2}\int sin(x^2+2)d(x^2+2)=-\frac{1}{2}cos(x^2+2)+C.$$
Этот интеграл можно найти и методом подстановки, если положить:
$$t=x^2+2.$$
Найдите интеграл $$\int \frac{(1-x)^2}{\sqrt{x}}dx$$:
- Формула квадрата разности:
$$(a-b)^2=a^2-2ab+b^2.$$
- Свойства интегралов:
$$\int kf(x)dx=k\int f(x)dx,k\neq 0;$$
$$\int \left (f_{1}(x)\pm f_{2}(x) \right )dx=\int f_{1}(x)dx\pm \int f_{2}(x)dx .$$
- Табличные интегралы:
$$\int \frac{dx}{\sqrt{x}}=2\sqrt{x}+C;$$
$$\int x^n dx=\frac{x^{n+1}}{n+1}+C.$$
- Преобразуем подынтегральную функцию:
$$\frac{1-2x+x^2}{\sqrt{x}}=\frac{1}{\sqrt{x}}- \frac{2x}{\sqrt{x}}+\frac{x^2}{\sqrt{x}}=$$$$=\frac{1}{\sqrt{x}}-2\sqrt{x}+x\sqrt{x}=\frac{1}{\sqrt{x}}-2x^\frac{1}{2}+x^\frac{3}{2}.$$
- Найдем сумму интегралов:
$$\int \frac{dx}{\sqrt{x}}-2\int x^\frac{1}{2}dx+\int x^\frac{3}{2}dx=$$$$=2\sqrt{x}-2\cdot \frac{x^{\frac{1}{2}+1}}{\frac{1}{2}+1}+\frac{x^{\frac{3}{2}+1}}{\frac{3}{2}+1}+C=$$$$2\sqrt{x}-\frac{4}{3}x^\frac{3}{2}+\frac{2}{5}x^\frac{5}{2}+C.$$
Метод непосредственного интегрирования применяют в случае, когда возможен переход непосредственно к одному или нескольким простейшим интегралам.
Найдите интеграл $$\int 2cos ^{2}$$$$\frac{x}{2} dx$$:
Формула понижения степени:
$$cos^2 x=\frac{1}{2}(1+cos2x).$$
Табличные интегралы:
$$\int dx=x+C$$;
$$\int cos xdx =sinx+C.$$
$$\int 2cos ^{2} \frac{x}{2} dx= \int (1+cosx)dx=$$$$\int dx+\int cosxdx=x+sinx+C.$$
Интеграл от алгебраической суммы функций равен алгебраической сумме интегралов от слагаемых.
Найдите интеграл $$\int \frac{x}{\sqrt{x+12}} dx$$:
$$\int dx=x+C;$$
$$\int x^n dx=\frac{x^{n+1}}{n+1}+C.$$
Положим $$\sqrt{x+12}=t$$ и преобразуем это равенство:
$$x+12=t^2,$$ $$x=t^2-12.$$
Продифференцируем последнее равенство:
$${x}'dx = (t^2-12){}'dt,$$ $$dx =2tdt.$$
Подставляя $$\sqrt{x+12}=t$$ $$,x=t^2-12$$ $$dx=2tdt,$$ получим:
$$I=\int \frac{(t^2-12)2tdt}{t}=\int (2t^2-24)dt=$$
$$=\int 2t^2dt-\int 24dt=$$$$\frac{2t^3}{3}-24t+C.$$
Учитывая, что $$t=\sqrt{x+12}$$, запишем:
$$I=\frac{2}{3}\sqrt{(x+12)^3}-24\sqrt{x+12}+C.$$
Подстановка выполняется по формуле:
$$\int f(x)dx=\int f(g(t))g{}'(t)dt,$$
где $$x=g(t)$$ – дифференцируемая функция переменной $$t.$$
Найдите интеграл $$\int \frac{2x^2dx}{\sqrt{x^3-3}}$$:
Формула преобразования дифференциала:
$$\int f(x)dx=\int \frac{f(x)dg(x)}{g{}'\left (x \right )}.$$
Табличный интеграл:
$$\int \frac{dx}{\sqrt{x}}=2\sqrt{x}+C.$$
$$\int \frac{2x^2d(x^3-3)}{\sqrt{x^3-3}(x^3-3){}'}=$$$$\int \frac{2x^2d(x^3-3)}{3x^2\sqrt{x^3-3}}=$$
$$=\frac{2}{3}\int \frac{d(x^3-3)}{ \sqrt{x^3-3}}=\frac{4}{3}\sqrt{x^3-3}+C.$$
Этот интеграл можно найти и методом подстановки, если положить:
$$t=x^3-3.$$
Найдите интеграл $$\int \frac{(25-e^{2x})dx}{5+e^x}$$:
- Формула разности квадратов:
$$a^2-b^2=(a-b)(a+b).$$
- Свойства интегралов:
$$\int kf(x)dx=k\int f(x)dx,k\neq 0;$$
$$\int \left (f_{1}(x)\pm f_{2}(x) \right )dx=\int f_{1}(x)dx\pm \int f_{2}(x)dx.$$ - Табличные интегралы:
$$\int dx=x+C ;$$
$$\int e^x dx=e^x+C.$$
- Преобразуем подынтегральную функцию:
$$\frac{25-e^{2x}}{5+e^x}=\frac{(5-e^x)(5+e^x)}{5+e^x}=5-e^x.$$
- Получим:
$$\int \left (5-e^x \right )dx=\int 5dx-\int e^xdx =5x-e^x+C.$$
Многие интегралы можно найти непосредственно, если предварительно преобразовать подынтегральную функцию.
Найдите интеграл $$\int arccosxdx$$:
Формула интегрирования по частям:
$$\int udv=uv-\int vdu$$.
Формула преобразования дифференциала:
$$\int f(x)dx=\int \frac{f(x)dg(x)}{g{}'\left (x \right )}.$$
Табличный интеграл:
$$\int \frac{dx}{\sqrt{x}}=2\sqrt{x}+C.$$
Полагая $$arccosx=u,$$ а $$dx=dv,$$ получим:
- $$\left ( arccosx \right ){}'dx=u{}'du,$$ $$- \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}dx=du;$$
- $$\int dx=\int dv,$$ $$x=v.$$
$$\int arccosxdx=x arccosx+\int \frac{xdx}{\sqrt{1-x^2}}=xarccosx+\int \frac{xd(1-x^2)}{-2x\sqrt{1-x^2}}=$$
$$=xarccosx-\frac{1}{2}\int \frac{d(1-x^2)}{\sqrt{1-x^2}}=xarccosx-\sqrt{1-x^2}+C.$$
Интеграл $$\int \frac{xdx}{\sqrt{1-x^2}}$$ можно найти методом подстановки, если положить: $$t=1-x^2.$$