- •Часть II
- •Основные свойства неопределённого интеграла
- •Основные методы интегрирования
- •Решение.
- •Решение.
- •Интегрирование тригонометрических выражений
- •Решение.
- •Геометрический смысл определенного интеграла
- •Основные свойства определенного интеграла
- •Условия интегрируемости функций
- •Определенный интеграл с переменным верхним пределом
- •Формула Ньютона-Лейбница
- •Критерии сходимости несобственных интегралов второго рода
- •Литература
Решение.
4) Интегрирование простейшей рациональной
дроби четвертого типа с помощью замены
приводится к рекуррентной формуле.
Разложение рациональной дроби на
простейшие дроби. Всякую правильную
рациональную дробь
можно
представить в виде суммы конечного
числа простейших рациональных дробей
первого — четвертого типов. Для разложения
на простейшие дроби необходимо
разложить знаменатель
на линейные и квадратные множители, для
чего надо решить уравнение
.
Предположим, что это уравнение решено и найдены его корни. Согласно основной теореме алгебры, уравнение имеет ровно корней с учетом их кратности. Корни уравнения могут быть действительными (простыми или кратными) и комплексными (простыми или кратными). Следовательно, разложение многочлена на линейные и квадратные множители будет иметь вид:
где
― действительные корни многочлена
кратности
,
,
― произведение комплексно сопряженных
корней кратности
(
за пару)
.
Теорема. Правильную рациональную
дробь
,
где
,
можно единственным образом разложить
на сумму простейших дробей:
(1)
где
— некоторые действи-тельные числа.
Согласно разложению (1), линейным множителям знаменателя соответствуют простейшие дроби первого и второго типов, а квадратным множителям — третьего и четвертого типов. При этом число простейших дробей, соответствующих данному множителю (линейному или квадратному), равно степени, с которой этот множитель входит в разложение знаменателя дроби. Формула (1) разложения правильной рациональной дроби на простейшие дроби остается справедливой для любого конечного числа линейных и квадратных множителей, входящих в разложение знаменателя .
Проиллюстрируем формулу (1) конкретными примерами, не находя самих коэффициентов разложения:
,
.
Чтобы найти коэффициенты разложения, чаще всего применяют метод неопределенных коэффициентов и метод частных значений.
Метод неопределенных коэффициентов.
Суть метода неопределенных
коэффициентов состоит в следующем.
Пусть дано разложение правильной
рациональной дроби
по формуле (1) на простейшие дроби с
неопределенными коэффициентами. Приведем
простейшие дроби к общему знаменателю
и приравняем многочлен, получившийся
в числителе, многочлену
.
Для тождественного равенства двух многочленов необходимо и достаточно, чтобы коэффициенты при одинаковых степенях этих многочленов были равны. Учитывая это, приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях в левой и правой частях полученного тождества. Имеем систему линейных алгебраических уравнений для нахождения неизвестных коэффициентов.
Пример. Разложить
на простейшие дроби.
Решение. Так как
,
то
,
где числа
пока неизвестны. Правую часть этого
разложения приведем к общему знаменателю.
Тогда
Следовательно,
или
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях , получаем систему уравнений для нахождения неопределенных коэффициентов :
Таким образом,
.
Метод частных значений. При нахождении неопределенных коэффициентов вместо того, чтобы сравнивать коэффициенты при одинаковых степенях , можно дать переменной несколько частных значений (по числу неопределенных коэффициентов) и получить таким образом систему уравнений относительно неопределенных коэффициентов. Особенно выгодно применять этот метод в случае, когда корни знаменателя рациональной дроби просты и действительны. Тогда оказывается удобным последовательно полагать равным каждому из корней знаменателя.
Пример. Разложить рациональную
дробь
на простейшие дроби.
