- •Программа,
- •Общие указания
- •Программа курса высшей математики (II семестр)
- •Тема 1. Дифференциальное исчисление функций одной переменной
- •Тема II. Исследование функций с помощью производных
- •Тема ііі. Неопределённый интеграл
- •Тема IV. Определённый интеграл
- •Тема V. Несобственные интегралы
- •1.2. Механический и геометрический смысл производной. Уравнения касательной и нормали к кривой
- •1.3. Основные правила дифференцирования
- •1.4. Обратная функция и ее производная
- •1.5. Производная сложной функции
- •1.6. Производные основных элементарных функций.
- •1.7. Производная функции, заданной неявно. Производная степенно-показательной функции. Производная функции, заданной параметрически
- •1.8. Производные высших порядков
- •1.9. Дифференциал функции
- •1.10. Возрастание и убывание функции. Нахождение интервалов монотонности функции
- •1.11. Максимумы и минимумы функции. Нахождение экстремумов функции
- •1.12. Нахождение промежутков выпуклости и вогнутости кривой. Точки перегиба
- •1.13. Асимптоты кривой
- •1.14. Схема полного исследования функции и построение ее графика
- •1.15. Наибольшее и наименьшее значения функции
- •1.16. Применение производной для вычисления пределов (правило Лопиталя)
- •2. Неопределенный интеграл
- •2.1. Первообразная функции и неопределенный интеграл
- •2.2. Таблица основных неопределенных интегралов. Непосредственное интегрирование
- •2.3. Интегрирование методом замены переменной
- •2.4. Метод интегрирования по частям
- •2.5. Интегрирование некоторых функций, содержащих квадратный трехчлен
- •2.6. Интегрирование дробно-рациональных функций
- •2.7. Интегрирование тригонометрических функций. Универсальная тригонометрическая подстановка
- •2.8. Интегрирование некоторых иррациональных функций. Тригонометрические подстановки
- •2.9. Интегрирование в элементарных функциях
- •3. Определённый интеграл
- •3.1. Задача о площади. Определение определенного интеграла
- •3.2. Основные свойства определенного интеграла
- •3.3. Вычисление определенного интеграла. Формула Ньтона-Лейбница
- •3.4. Замена переменной в определенном интеграле
- •3.5. Интегрирование по частям
- •3.6.2. Вычисление длин дуг плоских кривых
- •3.6.3. Вычисление объемов тел вращения
- •3.6.4. Вычисление площадей поверхностей тел вращения
- •4. Несобственные интегралы
- •4.1. Несобственные интегралы первого рода
- •Пусть подынтегральная функция f (X)имеет первообразную f (X). Тогда согласно формуле Ньютона-Лейбница и определению несобственного интегралабудем иметь
- •4.2. Несобственные интегралы второго рода
- •Используя определение, находим
- •Т.Е. Этот несобственный интеграл является расходящимся. В общем случае нетрудно доказать, что несобственный интеграл второго рода сходится прии расходится при.
- •Задания для контрольных работ Контрольная работа № 3 «Производная»
- •Контрольная работа № 4 «Неопределенный и определенный интегралы»
2. Неопределенный интеграл
2.1. Первообразная функции и неопределенный интеграл
Литература: [3], гл. X, §§ 1, 3
[5], Ч.2, гл. 9, § 9.1
Определение.
Функция F
(x)
называется первообразной
для функции f
(x)
на промежутке [a,
b],
если во всех точках этого промежутка
выполняется равенство
.
Например,
первообразными для функции
являются
,
,
,
и т. д., так как производная любой из этих
функций равна
.
Теорема 1. Любая непрерывная на промежутке [a, b] функция имеет на этом промежутке первообразную.
Теорема 2. Если функция f (x) имеет на промежутке [a, b] первообразную F (x), то она имеет на этом промежутке бесчисленное множество первообразных, причем любые две из них отличаются друг от друга лишь постоянным слагаемым. Другими словами, если F (x) ─ первообразная функции f (x) на [a, b], то все остальные первообразные этой функции имеют вид F (x) + С, где С – произвольная постоянная.
Определение.
Неопределенным
интегралом
от функции f
(x)
называется множество всех первообразных
этой функции на некотором промежутке:
,
.
Здесьf
(x)
─ подынтегральная функция, f
(x)dx
─ подынтегральное выражение, x
─ переменная интегрирования.
Графиком первообразной функции является кривая, называемая интегральной. С геометрической точки зрения неопределенный интеграл представляет собой множество интегральных кривых.
Операцию нахождения неопределенного интеграла (или первообразной) от функции f (x) называют интегрированием функции f (x).
Например:
1)
,
т.к.
;
2)
,
т.к.
;
3)
,
т.к.
.
Отметим свойства неопределенного интеграла:
1)
;
2)
;
3)
или
;
4)
,
где
;
5)
;
6) если
,
то
,
где
;
7) свойство инвариантности формул интегрирования ─ всякая формула интегрирования сохраняет свой вид при подстановке вместо независимой переменной любой дифференцируемой функции от нее.
Другими словами,
если
для
,
и
─ любая непрерывно дифференцируемая
на этом промежутке функция, то![]()
Это свойство дает возможность находить многие интегралы.
Так,
,
тогда по свойству 7:
.
В частности, если
,
то
,
если
,
то
и т.д.
2.2. Таблица основных неопределенных интегралов. Непосредственное интегрирование
Литература: [3], гл. X, § 2
[5], Ч.2, гл. 9, § 9.1
Приведем основные формулы интегрирования, которые можно проверить дифференцированием.
Переменная
интегрирования
.
|
Таблица неопределенных интегралов | |
|
1.
|
7.
|
|
2.
|
8.
|
|
3.
|
9.
|
|
4.
|
10.
|
|
5.
|
11.
|
|
6.
|
12.
|
Рассмотрим примеры на непосредственное применение таблицы основных интегралов.
Пример 1.
.
Пример 2.
.
2.3. Интегрирование методом замены переменной
Литература: [3], гл. X, § 4
[9], Ч.2, гл. 9, § 9.2
Ведение новой переменной интегрирования, называемое заменой переменной или подстановкой, позволяет в некоторых случаях свести интеграл, который непосредственно не вычисляется, к табличному интегралу.
Теорема
(о замене переменной в неопределённом
интеграле). Если функция x=φ(t)
монотонна и непрерывно дифференцируема
на [α,
β],
причем множеством значений функции x=φ
(t)
является [a,
b],
а функция f
(x)
непрерывна на [a,
b],
то на этом промежутке имеет место формула
,
в правой части которой подt
следует понимать функцию t=t(x),
обратную к x=φ
(t).
Замечание.
Иногда более целесообразно использовать
замену переменной в виде t=φ(x).
Это делается в том случае когда интеграл
можно представить в виде
.
Пример 1.
.
Пример 2.
.
Пример 3.
.
