当前课程知识点:微积分(先修课) > 第六章 积分法与反常积分 > 6.2 分部积分法 > 6.2.1 分部积分法(1)
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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
-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
-期末考试--期末考试