Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Высшая математика - 2.Уч.-практ.пособие.pdf
Скачиваний:
126
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

функций (т.е. если мы брали элементарную функцию f (x) , то ее производная f ′(x) тоже оставалась элементарной). Однако операция интегрирования этим свойсвом уже не обладает. Например,

интегралы ∫ e−x2 dx (интеграл Пуассона),

∫ sin x2dx,

∫ cos x2dx

(интегралы Френеля), ∫

dx

(x > 0, x ≠1),

∫

cos x

dx,

∫

sin x

dx

 

 

ln x

 

 

 

 

x

 

x

хотя и существуют, но не выражаются через элементарные функции. Такие интегралы называются неберущимися. Поскольку они находят приложения, например, в теории вероятностей, физике и других областях, то для них составлены специальные таблицы.

2.1.4. Непосредственное интегрирование. Поднесение под знак дифференциала

Непосредственное интегрирование основано на применении таблицы интегралов, свойств неопределенного интеграла и на тождественных преобразованиях подынтегральной функции.

Пример 2.1.

 

2

sin2 x

 

1

−cos2 x

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

cos2 x

∫tg

 

xdx = ∫cos2 xdx = ∫

 

 

cos2 x

dx

= ∫

 

 

 

dx −

∫cos2 x dx =

 

 

 

cos2 x

= tg x +C1 − ∫ 1 dx = tg x +C1 − x +C2 = tg x − x +C.

 

 

Пример 2.2.

Найти интеграл I

 

и результат проверить:

 

 

 

I = ∫

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 − x

2

+

 

 

x

2

+5

+

x

2

−9

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Применяя свойства неопределенного интеграла и табличные интегралы, получаем:

 

I = ∫

 

1

 

dx +2∫

 

 

 

1

 

 

dx +3∫

1

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 −9

 

 

3 − x2

 

 

 

 

x2 +5

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

x −3

 

+C =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

= arcsin

 

 

+ 2ln

x +

 

 

x2

+5

 

+

 

 

 

 

2 3

x +3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ln

 

x −3

 

+C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= arcsin

 

 

+ 2ln

x +

 

 

x2

+5

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

x +3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

Проверка. Найдем производную ответа:

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

x −3

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arcsin

 

 

 

 

 

 

+ 2ln

 

 

 

 

 

+5

+

 

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

x +3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= arcsin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

5

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

) + 2(ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

2

(ln

x −3

 

−ln

x +3

)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x +

 

 

x

 

+5)+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +

 

x

+

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 1

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+

 

 

 

 

 

 

 

(2x)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(x −

3)

 

 

 

(x +3)

 

 

 

 

 

 

 

3 − x

2

 

 

3

 

 

 

 

 

x

+ x

2

+5

 

 

 

 

 

 

 

2 x

2

+5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 (x +3) −(x −3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

=

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +5 + x

+

1

 

 

 

6

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(x2

 

−9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 (x2

 

−9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

− x2

(x + x2 +5)

 

 

 

 

 

 

x2

+5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

 

 

 

+

 

 

 

 

2

 

 

 

 

+

 

 

3

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 −9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 − x2

 

 

 

 

x2

+5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку производная совпадает с подынтегральной функцией, то интегрирование осуществлено верно.

Весьма полезным приемом интегрирования является поднесение под знак дифференциала некоторого выражения и использование потом свойства неопределенного интеграла:

∫ dF(x) = F(x) +C

или

∫

F′(x)dx = F(x) +C .

Например,

∫ sin 2xdx = 1

∫

sin 2xd(2x) = −

1 cos 2x +C;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

∫

 

 

 

xdx = 1 ∫

 

2xdx = 1

∫(1+ x2 )12d(1+ x2 ) =

1+ x2

 

1+ x2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1 (1+ x2 )

32

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

+C =

(1+ x

2

) 1+ x

2

+C;

 

2

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

∫

ctg xdx = ∫

cos x dx = ∫

d(sin x) = ln

 

sin x

 

+C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полезно запомнить такие преобразования дифференциала:

 

1) dx = d(x +b);

 

 

 

 

 

 

2) dx =

1 d(ax),

 

a ≠ 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) dx = 1 d(ax +b),

 

a ≠ 0;

 

4)

xdx =

1 d(x2 );

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

 

xndx =

1

 

 

d(xn+1);

 

 

 

6)

1 dx = d(ln x);

 

 

 

 

n +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

 

1

dx = −d(

1);

 

 

 

 

 

8)

1

 

 

dx = 2d(

 

 

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9)

sin xdx = −d(cos x);

 

 

 

10) cos xdx = d(sin x);

 

 

 

 

 

1

 

dx = d(tgx);

 

 

 

 

1

 

 

dx = −d(ctgx);

 

 

11)

 

 

 

 

12)

 

 

 

 

cos2 x

 

 

 

 

sin2 x

 

 

13) exdx = d(ex );

 

 

 

 

 

 

14) axdx = d(ax ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln a

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.3. Найти неопределенные интегралы с помощью

поднесения под знак дифференциала:

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

б) ∫

 

 

xdx

 

 

; в) ∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; г) ∫

 

 

dx

 

а)

∫cos

xdx;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

x

4

+ 2x

2

+ 2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

+ x −2

sin

x

3

ctg x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

∫ cos3 xdx = ∫ cos2 xd(sin x) = ∫ (1−sin2 x)d(sin x) =

 

 

 

 

= ∫d(sin x) −∫sin2 x d(sin x) = sin x − sin3 x

+C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38