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同学们 大家好

欢迎来到大学先修课

微积分课程

今天我们介绍第六章

积分法与反常积分

第二节 分部积分法

前面我们已经介绍了

不定积分的换元积分法

本讲将介绍不定积分的

另外一种基本积分法

即分部积分法

下面我们首先介绍

不定积分的分部积分法

分部积分法

是与微分学中函数乘积的求导法

相对应的一种基本积分公式

我们来看一下它一般的公式

是怎么来的

我们假设u等于ux与v等于vx

都是可导函数

那么根据乘积函数的导数公式

我们知道ux乘上xv的导数

就等于u的导数乘上v

再加上u乘上v的导数

我们假设u的导数乘上v

和u乘上v的导数的

不定积分都是存在的

那么在上面的

乘积函数的导数公式中

我们求不定积分

就会得到ux乘vx

它成绩导数的不定积分

就等于u的导数乘上v的不定积分

再加上u乘上v的导数的不定积分

也就是u的导数

乘上u的不定积分

就等于u乘上v

减去u乘上v的导数的不定积分

在这个等式中

我们等号的左侧这个不定积分

与等号的右侧这个不定积分

就联系起来了

在这两个不定积分中

我们只要求出了一个

我们就能求出另外一个不定积分

这个公式实际上就是我们

所谓的不定积分的分部积分公式

如果我们写成微分形式

也就是vx乘上du

等于uv乘上vx减去vx乘上dv

下面我们将这个结论

写成一个定理

定理4

我们假设函数u等于ux

与v等于vx都是可导函数

而且ux乘上v′x

它的不定积分是存在的

那么

我们就得到

u′x乘上vx的不定积分

也是存在的

而且u′x乘上vx的不定积分

就应该等于ux乘上vx

成绩导数的不定积分

再减去ux乘上v′x的不定积分

在这个等式中

第一个不定积分

实际它的原函数就是ux乘上vx

也就是写上微分形式

就是vx乘上du

就等于ux乘上vx

减去ux乘上dvx

这就是我们所谓的分部积分公式

利用分部积分公式

求不定积分的方法

也就是分部积分法

由于分部积分公式

是由乘积函数的导数公式

直接积分得出的

所以分部积分公式的本身

并不能掌握

那在处理积分运算问题时

能否有效的利用分部积分法

计算积分

关键就在于

怎么样把被积函数fx

能够写成两个合适的因子的乘积

其中一个因子

可以看成是一个函数的导数

也就是u′x

另外一个因子看成函数vx

也就是我们怎么样把fx

写成这么两个因子的乘积

如果写得合适

我们利用分部积分公式

就能把我们要求的这个不定积分

转化成另外一个

我们会求的不定积分进行运算

下面看几道具体的题目

例1

我们求x乘1cosx的不定积分

在这道题目中

我们知道cosx可以看作是sinx的导数

也就是我们可以把原来的不定积分

转化为是x乘上dsinx做不定积分

我们利用分部积分公式

它就可以写成是

x不动 乘上sinx

再减去sinx不动

再乘上dx

我们知道sinx的原函数是负的cosx

所以我们就得到了

我们要求的不定积分是

x乘sinx加上cosx再加上常数C

对于这个不定积分来说

我们利用分部积分法

就很容易的得到了要求的结果

下面看第二道例题

我们求x乘上1的x方它的不定积分

在这个不定积分中

我们知道1的x次方

也可以看作是它本身的导数

也就是我们可以将原来的不定积分

变成为x乘上de的x方做不定积分

那么利用分部积分公式

也就变成了x乘上e的x次方

减去e的x次方不动再乘dx

所以我们最后的结果是

x乘上e的x次方

减去e的x次方加上常数c

下面我们看第三道例题

我们求x平方乘以sinx的不定积分

在这个不定积分中

我们可以将sinx看作是

负的cosx的导数

也就是我们的不定积分可以变形作

x方乘上d 负的cosx这个不定积分

我们利用分部积分公式

就会得到负的x平方

乘cosx减去负的cosx不动

x平方求微分

也就变成了负的x平方乘cosx

加上两倍的x乘cosxdx

在最后这个结果中

我们这个不定积分

我们仍然把里面的cosx

看作是sinx的导数

我们进一步就得到了负的x的平方

乘cosx

加上两倍的x乘上dsinx的不定积分

我们再用一次分部积分公式

就得到了负的x平方

乘cosx加上两倍x

乘上sinx

减去两倍的sinx不定积分

所以最后的结果

就是负的x平方

乘以cosx加上两倍x乘sinx

再加上两倍的cosx

加上常数C

在这个题目中

实际上与前面的例1 例2类似

我们只是连续利用了两次分部积分

所以说我们还是

能够得到最后的结果

这三个例题的特点

主要体现在是幂函数

与正弦函数 余弦函数

或者是指数函数相乘的形式

下面我们看第四道例题

我们求x乘以cos方x 它的不定积分

在这个被积函数中

cos方x应该是我们直接求

不定积分的难点

我们利用余弦函数的倍角公式

将我们要求的不定积分

变形为2分之1倍的x乘上1加cos2x

它的不定积分

x 它的原函数是2分之1倍的x平方

所以说前面一部分

就变成了4分之x平方

后面x乘上cos2x

我们将cos2x

看作是2分之1倍的sin2x的导数

我们用分部积分公式

就会得到后面一部分

就等于4分之1倍的x乘上sin2x

再减去sin2x不动

x求导

所以最后的结论

就是4分之x平方

加上4分之1倍的x

乘上sinx

再加上8分之1倍的cos2x

加上常数C

关于前四个例题用到的

分部积分公式的思路

我们可以总结为下面几类被积函数

也就是如果被积函数

是x的m次方与sinx cosx

或者是指数函数a的x方相乘时

这样的不定积分

一般来说我们都可以用

分部积分公式进行运算

我们运算的原则

是通过分部积分公式

对幂函数部分进行求导

所以我们在用分部积分公式时

就要把另外一个因子

看作是某一个函数的导数

下面我们看第五道例题

我们求x平方乘上lnx的不定积分

我们将这个不定积分

变形为3分之1倍的lnx乘上dx3次方

也就是说我们将被积函数中的

x平方因子

凑成了3分之1倍的dx3次方

那么 利用分部积分公式

我们就得到3分之1倍的x三次方

乘上lnx减去3分之1倍的x三次方不动

lnx求导

这样进一步

我们就得到了最后的结果

是3分之1倍的x3次方乘上lnx

再减去9分之1倍的x三次方

加上常数C

下面我们看第六道例题

我们求x乘上arctanx它的不定积分

首先我们将这个

被积函数中的x因子

看作是2分之1倍的x平方的导数

我们用分部积分公式

就会得到它等于2分之1倍的x平方

乘上arctanx

减去2分之1倍的x平方不动

arctan求导

就是1加x平方分之1

关于第二个不定积分

我们将分子上的x平方

变作是x平方加1再减去1

也就是我们将

第二个不定积分的被积函数

变成了1减去1+x平方分之1

这样我们就得到了最后的结果是

2分之1倍的x平方

乘上arctanx减去x

再加上arctanx

最后加上常数C

在第五 第六两个例题中

实际上我们处理的被积函数

可以总结为下面几种类型

也就是当被积函数是x的m次方

乘上自然对数

或者是x的m次方乘上反正弦函数

或者是x的m次方乘上正切函数时

一般来说这种形式的不定积分

我们可以选用

分部积分公式进行处理

处理的几倍原则

是通过分部积分公式

要对对数函数

反三角函数进行求导

所以我们也就是要将

被积函数中幂函数部分

看作是某一个函数的导数

下面我们看第七道例题

求e的x方乘上sinx的不定积分

我们首先介绍第一种变形方法

我们可以将被积函数中的因子

sinx看作是负的cosx的导数

这样我们就可以将原来的不定积分

变为负的e的x次方乘上cosx

再加上cosx再乘上e的x次方 dx

我们进一步将cosx看作是sinx的导数

再用一次分部积分公式

我们就会得到原来的不定积分

就等于负的e的x方乘cosx

加上e的x次方

乘上sinx减去e的x次方

乘上sinx的不定积分

也就是说我们连续用了

两次分部积分公式之后

得到了一个我们要求的

不定积分满足的等式

我们如果将要求的不定积分计作l

我们就得到了l等于e的x方

乘上括号里面sinx减去cosx再减去l

这样我们要求的这个不定积分

就是2分之1倍的e的x次方

乘上括号里面sinx减去cosx

再加上常数C

在这里需要大家注意的有两点

在连续两次用分部积分公式时

我们都是将三角函数

看作是某个函数的导数

这是请大家注意的一点

另外一个就是我们最后解方程时

这个任意常数C

我们是根据不定积分的概念得到的

所以在减不定积分满足的方程时

一定要注意到不定积分的概念

表述的是被积函数的所有原函数

下面我们来看第二种变形方式

我们将北医函数中的因子

e的x次方看作是e的x次方的导数

我们将被积函数进行变形之后

利用分部积分公式

就会得到原来的不定积分

就等于e的x次方乘sinx

减去e的x次方乘上dsinx

我们进一步再用一次不定积分

就会得到原来要求的

不定积分所满足的方程

同样的我们利用解方程的方法

也得出了我们要求的

不定积分的结果

仍然是2分之1倍的e的x次方

乘上sinx减去cosx加上C

关于对同一个不定积分

可以有不同的变形方法

这种思路在前面

我们介绍换元积分公式时

曾经介绍过

在这给大家展示两种变形方式

我想目的也是一个

就是说作为不定积分来说

只要你用的公式是正确的

变形方法是得当的

即使思路不同

结论还是可以求到的

下面我们来看第八道例题

我们求sinlnx的不定积分

在这个不定积分中

从被积函数的特点

我们可以看出我们平时求原函数

都是求正弦函数的原函数

而现在是正弦函数

与对数函数的符合

所以根据它的特点

我们第一个求解思路

就可以让lnx作为一个整体变量

也就是令lnx等t

那么x就等于e的t次方

dx就等于e的t次方dt

这样我们就将原来的不定积分

利用不定积分的换元积分公式

变成了e的t次方

乘上sint 它的不定积分

而根据我们第七题的结果

新的不定积分

我们是可以求出的

也就是二分之一倍的e的t次方

乘上括号里面sint

减去cost加上常数c

我们再将t与x的关系代回

就得到了我们要求的不定积分

最后的结果是2分之1倍的x

乘上括号里面sinlnx

减去coslnx

最后加上积分常数C

这是我们求这个不定积分的一种方法

这个方法它的切入点

就是利用了变量替换的想法

通过变量替换

把我们比较陌生的一个被积函数

变成了我们比较熟悉的一类不定积分问题

下面我们来看第二个求解方法

也就是我把这个

被积函数中的因子1

当做是x的导数

我直接利用分部积分公式

就将原不定积分变成了

x乘sinlnx再减去x

乘上dsinlnx

也就是把原来的不定积分

变成了x乘上sinlnx

减去coslnx的不定积分

对最后这个结果中

新的不定积分

我们再用一次分部积分公式

这样就把原来的不定积分

变成了x乘上sinlnx

减去x乘上cosx

再减去sinlnx的不定积分

与前面一道例题一样

我们就得到了

我们要求的不定积分满足的方程

这样就得到了

我们要求的不定积分是

2分之1倍的x乘上sinlnx

减去coslnx 再加上积分常数C

下面我们看第九道例题

我们看sec的

3次方的不定积分如何求

我们将sec3次方

写成sinx乘上sin平方x

而sec平方x

我们可以看作是tanx的导数

这样我们就将我们要求的不定积分

变成了secx乘上dtanx的不定积分

我们利用分部积分公式

就得到了它等于secx乘上tanx

减去tan不动 sec求导

又出来一个secx乘上tanx

也就是最后就得到了

一个新的不定积分

被积函数是secx乘上tan平方x

我们利用正切和正割的关系

也就是正切的平方

应该等于正割的平方减1

这样我们就将原来的不定积分

变成了secx乘上tanx

减去sec3次方的不定积分

再加上sec的不定积分

在前面

我们曾经求出过secx的原函数

是lnsecx加上tanx的绝对值

这样我们就得到了sec3次方x的

不定积分满足的方程

解方程就得到了

sec3次方x的不定积分

就是2分之1倍的secx乘上tanx

再加上lnsecx加上tanx的绝对值

最后再加上积分常数

在前面这三个例题中

我们利用分部积分的方法

实际上最后出现的情形都是一样的

也就是通过反复的利用分部积分法

我们得到了

还有原来要求的不定积分的方程

通过解方程

我们求得了我们要求的不定积分

这情形是我们利用分部积分法

处理积分问题时

常见的一类情形

请大家注意总结

下面我们来看最后一道例题

我们假设ln表示的是

a方加x平方起来n次方分之1

这个不定积分在这我们假设n是正整数

我们求ln满足的递推关系

我们首先来看一下

在这我们这个被积函数

它有一个整体项

就是a方加x方括起来n次方分之1

我们为了对它进行变形

我们将1看作是x的导数

我们用分部积分公式

就会得到x乘上a方

加x平方n次方分之1

再减去x不动

a方加x平方括起来n次方分之一求导

求出来的应该是负n

再乘上两倍x

再除上a方加x平方

括起来的n加1次方

分部积分公式中的负号

跟n前面的负号抵消掉

所以我们就得到了

ln就等于这两项之和

我们将新的不定积分中的

分子上的x平方

给它写作x平方加a方减a方

进一步我们就把这个不定积分

变成了新的两个不定积分

也就是我们的ln为就等于x

除以a方加x方的n次方

加上2倍n再乘上a方加x平方

括起来n次方分之一的不定积分

再减去2na方

再乘以a方加x方

括起来n加1此放分之1

它的不定积分

在最后这个表达式中

这两个不定积分

一个正好是ln

另外一个就是ln加1

这样我们就得到了一个ln

和ln加1满足的等式

这个等式中我们就求出了ln加1

就等于2n减1除上2na方

再乘ln

再加上x除以2na方

乘以a方加x方括起来的n次方

这就是我们要求的

ln满足的递推关系

在理论上讲n等于1时

我们是知道a1等于什么的

a1在前面的例题中

我们曾经求过

它应该是a分之1arctana分之x

有了a1之后自然就可以得到a2

然后a3

所以有了这个递推关系

理论上讲

就把不定积分的积分运算问题

转化成了简单的代数运算问题

最后我们总结一下

应用分部积分法时应注意的问题

通过前面的例题我们知道

当被积函数时

幂函数乘以正弦函数

幂函数乘以余弦函数

幂函数乘以指数函数

幂函数乘以对数函数

还有幂函数乘以反三角函数

或者是被积函数时

指数函数乘以正弦函数

或者是指数函数乘以余弦函数时

对于这样的不定积分

一般来说我们都可以用分部积分法

进行处理

在具体的处理时

如果我们的被积函数

是幂函数与正弦余弦函数

或者是指数函数相乘时

利用分部积分公式时

我们的目的就是要对

幂函数进行求导

如果我们的被积函数是幂函数

与对数函数

和幂函数与反三角函数相乘时

利用分部积分公式时

我们的目的就是要对对数函数

或者是反三角函数进行求导

如果我们的被积函数

是指数函数与正弦函数

或者是指数函数与余弦函数相乘时

应用分部积分公式

我们就可以得到含有原积分的方程

最后如果被积函数中含有正整数时

我们利用分部积分公式

得到的有可能是要求的不定积分

满足的递推关系

当然 在处理积分计算问题时

我们分部积分公式除了能够

处理这些类型的被积函数之外

还可以处理其他一些情况

大家在做有关练习时

希望大家能够不断的总结

这样才能够熟练 准确的

用好我们的分部积分公式

在这一讲中

我们给出了

不定积分的分部积分公式

这个公式是函数乘积的导数公式

和不定积分的加分运算的直接结果

它将两个不同的不定积分

联系在了一起

在运用分部积分公式时

要注意等式右端

不定积分前面的正负号

与第一换元积分公式类似

分部积分公式也需要将

被积函数分解成两个因式的乘积

而且其中一个因式

恰好是某个函数的导数

通过对例题的仔细研读

要掌握常用的能用分部积分法

处理的不定积分问题

并要了解在运用分部积分公式时

可能遇到的有关情形

如解方程或者是得到递推关系等

下一讲将介绍定积分的分部积分法

谢谢同学们

下一讲 再见

微积分(先修课)课程列表:

第零章 绪论

-0.1 绪论

--0.1.1 绪论

第一章 极限

-1.1 极限概念引例

--1.1.1 极限问题举例

--第1.1节测试 极限概念引例

-1.2 极限的概念

--1.2.1 极限的概念(1)

--1.2.2 极限的概念(2)

--1.2.3 极限的概念(3)

--1.2.4 极限的概念(4)

--1.2.5 极限的概念(5)

--第1.2节测试 极限的概念

-1.3 极限的性质

--1.3.1 极限的性质(1)

--1.3.2 极限的性质(2)

--第1.3节测试 极限的性质

-1.4 极限的运算

--1.4.1 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

--1.5.1 夹逼定理与单调有界收敛定理(1)

--1.5.2 夹逼定理与单调有界收敛定理(2)

--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

--1.6.1 两个重要的极限(1)

--1.6.2 两个重要的极限(2)

--第1.6节测试 两个重要的极限

-1.7 无穷小量

--1.7.1 无穷小量(1)

--1.7.2 无穷小量(2)

--第1.7节测试 无穷小量

第二章 连续函数

-2.1 连续函数的概念

--2.1.1 函数在一点连续的概念

--2.1.2 在一点的单侧连续性

--2.1.3 间断点的分类

--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

--2.1.1 连续函数的运算性质

--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

--2.3.1 局部性质和零点存在定理

--2.3.2 闭区间上连续函数的性质

--第2.3节测试 连续函数的性质

第三章 导数与微分

-3.1 导数与导函数

--3.1.1 导数与导函数(1)

--3.1.2 导数与导函数(2)

--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

--3.3.1 导数的四则运算

--3.3.2 复合函数的链导法则

--3.3.3 反函数求导法

--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

--3.5.1 高阶导数

--第3.5节测试 高阶导数

第四章 微分中值定理和导数的应用

-4.1 极值和极值点

--4.1.1 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

--4.2.1 微分中值定理(1)

--4.2.2 微分中值定理(2)

--第4.2节测试 微分中值定理

-4.3 洛必达法则

--4.3.1 洛必达法则(1)

--4.3.2 洛必达法则(2)

--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

--4.4.1 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

--4.5.1 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

--4.6.1 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

--4.7.1 函数的凸性和拐点(1)

--4.7.2 函数的凸性和拐点(2)

--第4.7节测试 函数的凸性和拐点

-4.8 曲线的渐近线

--4.8.1 曲线渐近线

--第4.8节测试 曲线的渐近线

-4.9 泰勒(Taylor)公式

--4.9.1 泰勒(Taylor)公式(1)

--4.9.2 泰勒(Taylor)公式(2)

--4.9.3 泰勒(Taylor)公式(3)

--第4.9节测试 泰勒公式

-4.10 原函数与微分方程初步

--4.10.1原函数与微分方程初步(1)

--4.10.2 原函数与微分方程初步(2)

--第4.10节测试 原函数与微分方程初步

第五章 定积分

-5.1 定积分问题举例

--5.1.1 定积分问题举例

-5.2 定积分的概念

--5.2.1 定积分的概念(1)

--5.2.2 定积分的概念(2)

--第5.2节测试 定积分的概念

-5.3 定积分的基本性质

--5.3.1 定积分的性质(1)

--5.3.2 定积分的性质(2)

--第5.3节测试 定积分的性质

-5.4 微积分基本定理

--5.4.1 微积分基本定理(1)

--5.4.2 微积分基本定理(2)

--第5.4节测试 微积分基本定理

-5.5 定积分的几何应用

--5.5.1 定积分的几何应用(1)

--5.5.2 定积分的几何应用(2)

--第5.5节测试 定积分的几何应用

-5.6 定积分的物理应用

--5.6.1 定积分的物理应用

第六章 积分法与反常积分

-6.1 换元积分法

--6.1.1 换元积分法(1)

--6.1.2 换元积分法(2)

--6.1.3 换元积分法(3)

--第6.1节测试 换元积分法

-6.2 分部积分法

--6.2.1 分部积分法(1)

--6.2.2 分部积分法(2)

--第6.2节测试 分部积分法

-6.3 有理函数的积分法

--6.3.1 有理函数的积分法(1)

--6.3.2 有理函数的积分法(2)

--第6.3节测试 有理函数的积分法

-6.4 定积分应用举例

--6.4.1 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

--6.5.1 反常积分(1)

--6.5.2 反常积分(2)

--6.5.3 反常积分(3)

--6.5.4 反常积分(4)

--第6.5节测试 反常积分

第七章 无穷级数

-7.1 无穷级数

--7.1.1 无穷级数

--第7.1节测试 无穷级数

-7.2 正项级数

--7.2.1 正项级数

-7.3 比值判敛法和根式判敛法

--7.3.1 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

--7.4.1 一般项级数(1)

--7.4.2 一般项级数(2)

--第7.4节测试 一般项级数

-7.5 幂级数

--7.5.1 幂级数

-7.6 函数的幂级数

--7.6.1 函数的幂级数

--第7.6节测试 函数的幂级数

-7.7 泰勒级数

--7.7.1 泰勒级数

--第7.7节测试 泰勒级数

-7.8 幂级数的简单应用

--7.8.1 幂级数的简单应用

第八章 常微分方程

-8.1 一阶可求解常微分方程

--8.1.1 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

-- 8.2.1 一阶线性微分方程(1)

--8.2.2 一阶线性微分方程(2)

--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

--8.3.1 二阶线性常系数微分方程(1)

--8.3.2 二阶线性常系数微分方程(2)

--8.3.3 二阶线性常系数微分方程(3)

--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

--8.4.1 常系数微分方程简单应用举例(1)

--8.4.2 常系数微分方程简单应用举例(2)

期末考试

-期末考试

--期末考试说明

-期末考试--期末考试

6.2.1 分部积分法(1)笔记与讨论

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