Примери за определен интеграл по части. Решаване на интеграли онлайн
Преди това за дадена функция, ръководейки се от различни формули и правила, намерихме нейната производна. Производната има множество приложения: това е скоростта на движение (или по-общо скоростта на всеки процес); наклон на допирателната към графиката на функцията; използвайки производната, можете да изследвате функцията за монотонност и екстремуми; Помага за решаване на проблеми с оптимизацията.
Но наред с проблема за намиране на скоростта по известен закон за движение, има и обратен проблем - проблемът за възстановяване на закона за движение по известна скорост. Нека разгледаме един от тези проблеми.
Пример 1Материална точка се движи по права линия, скоростта на нейното движение в момент t се дава по формулата v=gt. Намерете закона за движение.
Решение. Нека s = s(t) е желаният закон на движение. Известно е, че s"(t) = v(t). Така че, за да решите проблема, трябва да изберете функция s = s(t), чиято производна е равна на gt. Лесно е да се досетите, че \( s(t) = \frac(gt^ 2)(2) \) Наистина
\(s"(t) = \left(\frac(gt^2)(2) \right)" = \frac(g)(2)(t^2)" = \frac(g)(2) \ cdot 2t=gt\)
Отговор: \(s(t) = \frac(gt^2)(2) \)
Веднага отбелязваме, че примерът е решен правилно, но непълно. Получаваме \(s(t) = \frac(gt^2)(2) \). Всъщност проблемът има безкрайно много решения: всяка функция от вида \(s(t) = \frac(gt^2)(2) + C \), където C е произволна константа, може да служи като закон на движение, тъй като \(\left (\frac(gt^2)(2) +C \right)" = gt \)
За да направим проблема по-конкретен, трябваше да коригираме първоначалната ситуация: да посочим координатата на движещата се точка в даден момент от времето, например при t = 0. Ако, да речем, s(0) = s 0 , тогава от равенството s(t) = (gt 2)/2 + C получаваме: s(0) = 0 + C, т.е. C = s 0 . Сега законът на движението е еднозначно дефиниран: s(t) = (gt 2)/2 + s 0 .
В математиката на взаимно обратните операции се присвояват различни имена, излизат със специални обозначения, например: повдигане на квадрат (x 2) и извличане на квадратен корен (\(\sqrt(x) \)), синус (sin x) и арксинус ( arcsin x) и т.н. Процесът на намиране на производната по отношение на дадена функция се нарича диференциация, и обратната операция, т.е. процесът на намиране на функция по дадена производна, - интеграция.
Самият термин "производна" може да бъде оправдан "по светски начин": функцията y \u003d f (x) "произвежда в света" нова функция y" \u003d f "(x). Функцията y \u003d f (x) действа сякаш като „родител“, но математиците, разбира се, не го наричат „родител“ или „производител“, те казват, че това е, по отношение на функцията y " = f" (x), първичното изображение или антипроизводното.
Определение.Функция y = F(x) се нарича първоизводна за функция y = f(x) на интервал X, ако \(x \in X \) удовлетворява равенството F"(x) = f(x)
На практика интервалът X обикновено не се посочва, а се подразбира (като естествен домейн на функцията).
Да дадем примери.
1) Функцията y \u003d x 2 е антипроизводна за функцията y \u003d 2x, тъй като за всяко x равенството (x 2)" \u003d 2x е вярно
2) Функцията y \u003d x 3 е антипроизводна за функцията y \u003d 3x 2, тъй като за всяко x равенството (x 3)" \u003d 3x 2 е вярно
3) Функцията y \u003d sin (x) е антипроизводна за функцията y \u003d cos (x), тъй като за всяко x равенството (sin (x)) "= cos (x) е вярно
При намирането на антипроизводни, както и на производни, се използват не само формули, но и някои правила. Те са пряко свързани със съответните правила за изчисляване на производни.
Знаем, че производната на даден сбор е равна на сбора на производните. Това правило генерира съответното правило за намиране на антипроизводни.
Правило 1Първопроизводната на сбор е равна на сбора от първопроизводните.
Знаем, че постоянният множител може да бъде изваден от знака на производната. Това правило генерира съответното правило за намиране на антипроизводни.
Правило 2Ако F(x) е антипроизводно за f(x), тогава kF(x) е антипроизводно за kf(x).
Теорема 1.Ако y = F(x) е първоизводната за функцията y = f(x), тогава първоизводната за функцията y = f(kx + m) е функцията \(y=\frac(1)(k)F (kx+m) \)
Теорема 2.Ако y = F(x) е първоизводна за функция y = f(x) на интервал X, тогава функцията y = f(x) има безкрайно много първоизводни и всички те имат формата y = F(x) + C.
Интеграционни методи
Метод на заместване на променливи (метод на заместване)
Методът на интегриране на заместването се състои във въвеждането на нова променлива на интегриране (т.е. заместване). В този случай даденият интеграл се свежда до нов интеграл, който е табличен или сводим към него. Няма общи методи за избор на замествания. Способността за правилно определяне на заместването се придобива с практика.
Нека се изисква да се изчисли интегралът \(\textstyle \int F(x)dx \). Нека направим заместване \(x= \varphi(t) \), където \(\varphi(t) \) е функция, която има непрекъсната производна.
Тогава \(dx = \varphi " (t) \cdot dt \) и въз основа на свойството за инвариантност на формулата за неопределена интегрална интеграция, получаваме формулата за интегриране на заместване:
\(\int F(x) dx = \int F(\varphi(t)) \cdot \varphi " (t) dt \)
Интегриране на изрази като \(\textstyle \int \sin^n x \cos^m x dx \)
Ако m е нечетно, m > 0, тогава е по-удобно да се направи заместването sin x = t.
Ако n е нечетно, n > 0, тогава е по-удобно да се направи заместването cos x = t.
Ако n и m са четни, тогава е по-удобно да се направи заместването tg x = t.
Интеграция по части
Интегриране по части - прилагане на следната формула за интегриране:
\(\textstyle \int u \cdot dv = u \cdot v - \int v \cdot du \)
или:
\(\textstyle \int u \cdot v" \cdot dx = u \cdot v - \int v \cdot u" \cdot dx \)
Таблица с неопределени интеграли (антипроизводни) на някои функции
$$ \int 0 \cdot dx = C $$ $$ \int 1 \cdot dx = x+C $$ $$ \int x^n dx = \frac(x^(n+1))(n+1 ) +C \;\; (n \neq -1) $$ $$ \int \frac(1)(x) dx = \ln |x| +C $$ $$ \int e^x dx = e^x +C $$ $$ \int a^x dx = \frac(a^x)(\ln a) +C \;\; (a>0, \;\; a \neq 1) $$ $$ \int \cos x dx = \sin x +C $$ $$ \int \sin x dx = -\cos x +C $$ $ $ \int \frac(dx)(\cos^2 x) = \text(tg) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(\sin^2 x) = -\text(ctg) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(\sqrt(1-x^2)) = \text(arcsin) x +C $$ $$ \int \frac(dx)(1+x^2 ) = \text(arctg) x +C $$ $$ \int \text(ch) x dx = \text(sh) x +C $$ $$ \int \text(sh) x dx = \text(ch )x+C $$Интеграция по части. Примери за решения
Здравей отново. Днес в урока ще научим как да интегрираме по части. Методът на интегриране по части е един от крайъгълните камъни на интегралното смятане. На теста, изпита почти винаги се предлага на студента да реши интеграли от следните видове: най-простият интеграл (виж статията)или интеграл за промяна на променливата (виж статията)или интеграла само на метод на интегриране по части.
Както винаги, под ръка трябва да има: Таблица на интегралитеИ Производна таблица. Ако все още ги нямате, моля, посетете склада на моя сайт: Математически формули и таблици. Няма да се уморя да повтарям - по-добре е да отпечатате всичко. Ще се опитам да представя целия материал последователно, просто и достъпно, няма особени затруднения при интегрирането по части.
Какъв проблем решава интегрирането по части? Методът на интегриране по части решава много важен проблем, той ви позволява да интегрирате някои функции, които не са в таблицата, работафункции, а в някои случаи - и частни. Както си спомняме, няма удобна формула: . Но има и този: е формулата за интегриране по части лично. Знам, знам, ти си единственият - с нея ще работим целия урок (вече е по-лесно).
И веднага списъкът в студиото. Интегралите от следните видове се вземат по части:
1) , , - логаритъм, логаритъм, умножен по някакъв полином.
2) ,е експоненциална функция, умножена по някакъв полином. Това включва и интеграли като - експоненциална функция, умножена по полином, но на практика това е 97 процента, красива буква "e" се перчи под интеграла. ... статията се получава нещо лирично, о да ... пролетта дойде.
3) , , са тригонометрични функции, умножени по някакъв полином.
4) , - обратни тригонометрични функции („арки“), „арки“, умножени по някакъв полином.
Също така някои фракции се вземат на части, ние също ще разгледаме съответните примери подробно.
Интеграли от логаритми
Пример 1
Класически. От време на време този интеграл може да се намери в таблици, но е нежелателно да се използва готов отговор, тъй като учителят има авитаминоза през пролетта и той ще се кара много. Защото разглежданият интеграл в никакъв случай не е табличен - той се взема на части. Ние решаваме:
Прекъсваме решението за междинни обяснения.
Използваме формулата за интегриране по части:
Формулата се прилага отляво надясно
Гледаме лявата страна:. Очевидно в нашия пример (и във всички останали, които ще разгледаме) нещо трябва да се обозначи с , а нещо с .
В интегралите от разглеждания тип винаги означаваме логаритъм.
Технически дизайнът на решението се изпълнява, както следва, пишем в колоната:
Тоест, защото обозначихме логаритъма, а за - останалата частинтегрант.
Следваща стъпка: намерете диференциала:
Диференциалът е почти същият като производната, вече обсъдихме как да го намерим в предишните уроци.
Сега намираме функцията. За да се намери функцията е необходимо да се интегрира правилната странапо-ниско равенство:
Сега отваряме нашето решение и конструираме дясната страна на формулата: .
Между другото, ето пример за окончателно решение с няколко бележки:
Единственият момент в продукта, веднага пренаредих и, тъй като е обичайно да пиша множителя преди логаритъма.
Както можете да видите, прилагането на формулата за интегриране по части по същество намали нашето решение до два прости интеграла.
Моля, имайте предвид, че в някои случаи веднага следприлагане на формулата, задължително се извършва опростяване под оставащия интеграл - в разглеждания пример намалихме интегранта с "x".
Да направим проверка. За да направите това, трябва да вземете производната на отговора:
Оригиналният интеграл е получен, което означава, че интегралът е решен правилно.
По време на проверката използвахме правилото за диференциране на продукта: . И това не е случайно.
Формула за интегриране по части и формула Това са две взаимно обратни правила.
Пример 2
Намерете неопределения интеграл.
Интегрантът е произведението на логаритъма и полинома.
Ние решаваме.
Още веднъж ще опиша подробно процедурата за прилагане на правилото, в бъдеще примерите ще бъдат направени по-кратко и ако имате затруднения при решаването му сами, трябва да се върнете към първите два примера от урока .
Както вече споменахме, за е необходимо да се обозначи логаритъм (фактът, че е в степен, няма значение). Ние обозначаваме останалата частинтегрант.
Пишем в колона:
Първо намираме диференциала:
Тук използваме правилото за диференциране на сложна функция . Неслучайно още на първия урок от темата Неопределен интеграл. Примери за решенияСъсредоточих се върху факта, че за да овладеете интегралите, трябва да "хванете ръка" върху производните. Дериватите ще трябва да се изправят повече от веднъж.
Сега намираме функцията, за това интегрираме правилната странапо-ниско равенство:
За интегриране приложихме най-простата таблична формула
Сега сте готови да приложите формулата . Отваряме го със "звездичка" и "проектираме" решението в съответствие с дясната страна:
Под интеграла отново имаме полином върху логаритъма! Следователно решението се прекъсва отново и правилото за интегриране по части се прилага втори път. Не забравяйте, че в подобни ситуации логаритъмът винаги се обозначава.
Би било хубаво, ако в този момент можете да намерите най-простите интеграли и производни устно.
(1) Не се бъркайте в знаците! Много често тук се губи минус, имайте предвид също, че минусът важи за всичкискоба и тези скоби трябва да бъдат отворени правилно.
(2) Разгънете скобите. Опростяваме последния интеграл.
(3) Взимаме последния интеграл.
(4) „Сресване“ на отговора.
Необходимостта от прилагане на правилото за интегриране по части два пъти (или дори три пъти) не е необичайна.
А сега няколко примера за независимо решение:
Пример 3
Намерете неопределения интеграл.
Този пример се решава чрез промяна на метода на променливата (или подреждане под диференциалния знак)! И защо не - можете да опитате да го вземете на части, получавате смешно нещо.
Пример 4
Намерете неопределения интеграл.
Но този интеграл е интегриран с части (обещаната дроб).
Това са примери за самостоятелно решаване, решения и отговори в края на урока.
Изглежда, че в примери 3,4 интеграндите са подобни, но методите за решаване са различни! Именно това е основната трудност при овладяването на интегралите - ако изберете грешен метод за решаване на интеграла, тогава можете да си играете с него с часове, като с истински пъзел. Следователно, колкото повече решавате различни интеграли, толкова по-добре, толкова по-лесно ще бъде тестът и изпитът. Освен това през втората година ще има диференциални уравнения, а без опит в решаването на интеграли и производни няма какво да се прави там.
С логаритми може би повече от достатъчно. За лека закуска мога да си спомня и че студентите по техника наричат женските гърди логаритми =). Между другото, полезно е да знаете наизуст графиките на основните елементарни функции: синус, косинус, аркутангенс, експонента, полиноми от трета, четвърта степен и др. Не, разбира се, презерватив на земното кълбо
Няма да дърпам, но сега ще запомните много от раздела Графики и функции =).
Интеграли на степента, умножена по полинома
Общо правило:
Пример 5
Намерете неопределения интеграл.
Използвайки познат алгоритъм, ние интегрираме по части:
Ако имате някакви затруднения с интеграла, трябва да се върнете към статията Метод на промяна на променлива в неопределен интеграл.
Единственото друго нещо, което трябва да направите, е да "срешете" отговора:
Но ако техниката ви на изчисление не е много добра, тогава оставете най-печелившата опция като отговор. или дори
Тоест примерът се счита за решен, когато се вземе последният интеграл. Няма да е грешка, друг е въпросът, който учителят може да поиска, за да опрости отговора.
Пример 6
Намерете неопределения интеграл.
Това е пример за „направи си сам“. Този интеграл се интегрира два пъти по части. Особено внимание трябва да се обърне на знаците - лесно е да се объркате в тях, ние също помним това - сложна функция.
Няма какво повече да се каже за изложителя. Мога само да добавя, че експонентата и натуралният логаритъм са взаимно обратни функции, това съм аз в темата за занимателните графики на висшата математика =) Спри-стоп, не се притеснявай, лекторът е трезвен.
Интеграли на тригонометрични функции, умножени по полином
Общо правило: винаги означава полином
Пример 7
Намерете неопределения интеграл.
Интегриране по части:
Хм... и няма какво да коментираме.
Пример 8
Намерете неопределения интеграл
Това е пример за решение „направи си сам“.
Пример 9
Намерете неопределения интеграл
Още един пример с дроб. Както в предишните два примера, полиномът се означава с.
Интегриране по части:
Ако имате затруднения или недоразумения при намирането на интеграла, тогава препоръчвам да посетите урока Интеграли на тригонометрични функции.
Пример 10
Намерете неопределения интеграл
Това е пример за „направи си сам“.
Съвет: преди да използвате метода на интегриране по части, трябва да приложите някаква тригонометрична формула, която превръща произведението на две тригонометрични функции в една функция. Формулата може да се използва и при прилагане на метода на интегриране по части, на които е по-удобно.
Това може би е всичко в този параграф. По някаква причина си спомних ред от химна на катедрата по физика и математика „И синусоидалната графика вълна след вълна тече по абсцисната ос“ ....
Интеграли на обратни тригонометрични функции.
Интеграли на обратни тригонометрични функции, умножени по полином
Общо правило: винаги означава обратната тригонометрична функция.
Напомням ви, че обратните тригонометрични функции включват арксинус, аркосинус, арктангенс и арккотангенс. За краткост ще ги наричам "арки"