当前课程知识点:微积分(先修课) > 第六章 积分法与反常积分 > 6.1 换元积分法 > 6.1.2 换元积分法(2)
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微积分课程
今天我们介绍第六章
积分法与反常积分
第一节 换元积分法
本讲将介绍
不定积分的第二换元积分法
和定积分的换元积分法
我们接下来介绍一下
不定积分的第二换元积分法
我们前面介绍了第一换元积分法
第一换元积分法主要就是讲
被积函数中某个因子
看作是某一个函数的导数
但是在实际情况中
很多被积表达式并不见得
很容易就能凑出微分形式
我们需要根据某些化简的目的
比如说要去根号
从一开始我们就做换元
对被积函数进行变形
也就是说我们要求fx的不定积分
如果这个不定积分
不在基本积分公式之内
我们可以让x等于ht
那么形式的我们就得到了
一个新的不定积分
也就是说fht的复合乘上h′t
求这个函数的不定积分
我们讲这个关于t的函数
用小写的gt来表示
如果我们知道
gt的原函数是Gt
那么我们
利用函数大Gt与ht的反函数
就得到了一个新的关于x的函数
也就是G与h的反函数的复合
我们关心的是我们最后得到的
这个与x有关的函数
与我们一开始要求的fx的原函数
之间到底是什么关系
下面 我们给出一个定理
定理2
我们说如果fht的复合乘上h′t
它的一原函数是大写的dt
而且函数x等于ht的导数存在
不等于零
我们就说fx的一个原函数
就是G与h的反函数的复合
这就是我们要证的
第二换元积分公式
我们先给出这个结论的证明
从定理中的条件
我们知道GT关于T的导数
就等于fht的复合乘上h′t
因为h′t是不等于零的
所以它的反函数是可导的
那么 根据复合函数的列导法则
我们进一步就知道
G与h反函数的复合
关于x的导数是存在的
而且根据列导法则
这个导数就等于G的导数
在h反函数这个地方取值
再乘上h反函数的导数
h反函数的导数
也就等于h导数的倒数
我们进一步将Gh的导数表达式代入
考虑到h在h的反函数这个地方取值
就是x
这样我们就得到了
G与h反函数的复合
关于x的导数
就等于fx
直接就证明了fx的一个原函数
是G与h反函数的复合
这就是这个公式的证明
有了这个公式的证明之后
我们也就得到了
我们对fx求不定积分
如果让x等于ht
那么这个不定积分
就变成了fh的复合
乘上h′t
这个函数的不定积分
也就是通过引进x与t的关系
把我们原来
这个不定积分的被积函数
fx变成了关于t的
一个新的被积函数
从而达到了
对被积函数进行变形的目的
而这个公式
这就是我们平时说的不定积分的
第二换元积分公式
利用这个公式求不定积分的方法
就是我们所说的第二换元积分法
下面我们看几道例题
第一道例题
我们求1加根下x分之一
它的不定积分
对这个不定积分我们知道
如果分母不是根下x
而是1加x
它就是一个利用基本积分公式
求不定积分的简单问题
所以说这里面它的困难
应该就是在根下x上
下面我们就让根下x等于t
也就是让x就等于t方
这样就可以把根号去掉
相应的dx就等于两倍的tdt
这样我们利用第二换元积分公式
原来的不定积分就变成了两倍的t
除上t加1求不定积分
我们将t除上t加1进行变形
变成是1减掉t加1分之一
我们知道1的原函数就是t
而t加1分之一的原函数
应该是(劳令 音)t加一的绝对值
前面还乘上一个倍数二
这样我们就得到了
关于t的这个原函数的形式
我们将t等于根下x带回
这样就得到了我们求的
不定积分的最结果是
两倍的根下x
减掉两倍的(劳令 音)1加根下x
再加上常数C
下面我们看第二道例题
我们求根下x
加上3次根下x分之一
它的根下积分
与第一道例题一样
在这道题目中
我们的困难主要
还在于被积函数里面
带有根号运算
我们为了将两个根号去掉
我们就直接令x等于t的6次方
6实际上就是取2和3的
最小公倍数
这样dx就等于6倍的
t的5次方乘上dt
所以我们要求的不定积分
就变成了6倍的t的5次方
除上t的3次方
加上t的平方
我们上下把t的平方削掉
把分子上的t的3次方
我们写成t的3次方加上1
再减去1
进一步我们就将要求的不定积分
变成了要求6倍的t的平方减t加1
再减掉t加1分之一
它的不定积分
而这个新的被积函数
每一项都是简单的逆函数
所以我们就求出了
最后关于t的原函数的形式是
两倍的t的3次方
再减掉3倍的t的平方
加上6倍的t
减去6倍的(劳令 音)
t加1的绝对值
再加上常数C
我们将t与x的关系
也就是x等于t的6次方代入
就得到了我们要求的不定积分的
最后结果是两倍的根下x
减去3倍的3次根下x
再加上6倍的6次根下x
再减去六倍的(劳令 音)
1加上6次根下x再加c
下面我们看第三道例题
我们求根下a方减x方的不定积分
我们假设a是大于零的
与前面的两道例题一样
在这道题目中
我们主要还是将根号带来的困难
克服掉
也就是想办法将根号去掉
我们利用三角函数的性质
可以令x就等于a乘上sint
那么dx就等于a乘上costdt
相应的t就等于arcsin a分之x
当x界于负a到a之间变化时
t是界于负二分之π
到二分之π变化时
有了这些准备工作之后
我们要求的不定积分
就可以转化成只求a方 sin方t
它的不定积分
我们利用被教公式
也就进一步转化成是要求
2分之a方乘上1加cos2t不定积分
这样我们就得到了
我们要求的原函数
在t的表现形式下是2分之a方
乘上t
再加上4分之a方乘上sin2t
加上常数C
我们将t与x的关系带回
第一项就变成了2分之a方
乘上arcsin a分之x
第二项
我们先写成2分之a方
乘上sint
再乘cost
而sint就等于a分之x
cost我们就给它写成
根下1减sin方t
这样我们整理就会得到
最后的结果是
2分之a方乘上arcsin a分之x
再加上2分之x
再乘上根下a方减x方加上常数c
这就是我们通过做所谓的三角换元
去掉根号
最后得出的结果
下面我们看第四道例题
求根下x方加a方分之1
它的不定积分
我们仍然还是假设a大于0
在这我们利用三角函数的性质
可以令x等于a乘上tant
那么dx就等于a乘上sec方tdt
在这种变化下
我们要求的不定积分
就变成了sec方t除上sect
它的不定积分
也就是说要求sect的不定积分
前面我们已经求过正函数的原函数
就是sect加tant 它的绝对值
取自然对数
再加上c
下面我们把t用x带回
我们知道tant是等于a分之x
而sec方是等于tan方加1的
这样我们就可以用x将sect
表示成根下a方加x方
除上a
所以我们要求的不定积分
最后的形式就是
(劳令 音)根下a方加x方
再加上x
再加常数c
请大家注意在我们求解过程中
最后一行和倒数第二行
我们都是用的常数c来表示
实际上在这
这两个表达式中的常数
并不是同一个
最后这个常数
应该是倒数第二行中的常数c
减掉a的自然对数
但是 在不定积分中
c仅仅是表示一个任意常数
它并不表示这个常数具体的大小
所以 在求不定积分问题时
我们不再刻意的区分
两个不相等的常数
只要它是任意的
我们都可以用同一个记号来表示
下面看第五道例题
我们求根下x方减a方分1
它的原函数
a仍然假设为大于0
在这个不定积分中
我们可以令x就等于a乘上sect
那么dx就等于a乘上sect
再乘tant 乘上dt
这样我们要求的不定积分
经过变形仍然变成了
要求sect的不定积分
也就是求得的结果是
(劳令 音)sect
加上tant的绝对值加常数c
我们利用sect等于a分之x
依据正切与正根的关系
就会得到tant
就等于根下x方减a方除上a
我们将sect与tant与x的关系
带回这个不定积分中
就得到了我们最后的结果
是(劳令 音)根下x方减a方
再加上x的绝对值
再加常数c
前面这几个例题
我们主要解释了
怎么样利用第二换元积分公式
将我们要求的
被积函数中的根号去掉
在某些形式下
比如说我们最后三个例题中
我们做的是
所谓的三角换元
用的主要就是
我们中学里面学过的三角关系式
在我们前面的例1 例2中
实际上我们用的
主要就是说我们的目的
取根号
如果没有相应的代数关系式可用时
我们就直接把根号本身
看作是一个新的变量
这是我们利用第二换元积分公式时
去根号时常用的一种思路
关于第二换元积分公式
再求其他具体不定积分中的应用
希望大家在做具体题目时
要不断的总结
通过总结才能够熟练准确的
用好第二换元积分公式
-0.1 绪论
--0.1.1 绪论
-1.1 极限概念引例
--第1.1节测试 极限概念引例
-1.2 极限的概念
--第1.2节测试 极限的概念
-1.3 极限的性质
--第1.3节测试 极限的性质
-1.4 极限的运算
--第1.4节测试 极限的运算
-1.5 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(1) 夹逼定理与单调有界收敛定理
--第1.5节测试(2) 夹逼定理与单调有界收敛定理
-1.6 两个重要的极限
--第1.6节测试 两个重要的极限
-1.7 无穷小量
--第1.7节测试 无穷小量
-2.1 连续函数的概念
--第2.1节测试 连续函数的概念
-2.2. 初等函数的连续性结论
--第2.2节测试 初等函数的连续性结论
-2.3 连续函数的性质
--第2.3节测试 连续函数的性质
-3.1 导数与导函数
--第3.1节测试 导数与导函数
-3.2 微分
--3.2.1 微分
--第3.2节测试 微分
-3.3 导数的运算
--第3.3节测试 导数的运算
-3.4 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--3.4.1 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
--第3.4节测试 隐函数与参数方程确定的函数的导数、对数求导法
-3.5 高阶导数
--第3.5节测试 高阶导数
-4.1 极值和极值点
--第4.1节测试 极值和极值点
-4.2 微分中值定理
--第4.2节测试 微分中值定理
-4.3 洛必达法则
--第4.3节测试(1) 洛必达法则
--第4.3节测试(2) 洛必达法则
-4.4 函数单调性的判定
--第4.4节测试 函数单调性的判断
-4.5 函数的极值及其求法
--第4.5节测试 函数的极值及其求法
-4.6 函数的最值及其应用
--第4.6节测试 函数的最值及其应用
-4.7 曲线的凸性和拐点
--第4.7节测试 函数的凸性和拐点
-4.8 曲线的渐近线
--第4.8节测试 曲线的渐近线
-4.9 泰勒(Taylor)公式
--第4.9节测试 泰勒公式
-4.10 原函数与微分方程初步
--第4.10节测试 原函数与微分方程初步
-5.1 定积分问题举例
-5.2 定积分的概念
--第5.2节测试 定积分的概念
-5.3 定积分的基本性质
--第5.3节测试 定积分的性质
-5.4 微积分基本定理
--第5.4节测试 微积分基本定理
-5.5 定积分的几何应用
--第5.5节测试 定积分的几何应用
-5.6 定积分的物理应用
-6.1 换元积分法
--第6.1节测试 换元积分法
-6.2 分部积分法
--第6.2节测试 分部积分法
-6.3 有理函数的积分法
--第6.3节测试 有理函数的积分法
-6.4 定积分应用举例
--第6.4节测试 定积分应用举例
-6.5 反常积分
--第6.5节测试 反常积分
-7.1 无穷级数
--第7.1节测试 无穷级数
-7.2 正项级数
-7.3 比值判敛法和根式判敛法
--第7.3节测试 比值判敛法和根式判敛法
-7.4 一般项级数
--第7.4节测试 一般项级数
-7.5 幂级数
-7.6 函数的幂级数
--第7.6节测试 函数的幂级数
-7.7 泰勒级数
--第7.7节测试 泰勒级数
-7.8 幂级数的简单应用
-8.1 一阶可求解常微分方程
--第8.1节测试 一阶可求解常微分方程
-8.2 一阶线性微分方程
--第8.2节测试 一阶线性微分方程
-8.3 二阶线性常系数微分方程
--第8.3节测试 二阶线性常系数微分方程
-8.4 常系数微分方程简单应用举例
-期末考试
--期末考试说明
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