当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第六章 原函数与不定积分 > 第五节 简单无理式的积分 > 无理函数的有理化
下面我们讨论一类
无理函数的有理化的过程
通过有理化的过程
我们可以把这一类无理函数的积分算出来
简单无理函数的有理化
最终我们可以把这些
简单无理函数的不定积分给算出来
我们所谓简单的无理函数指的是
x开根号x+p括弧的平方加上q的平方
也就是说由x和这个根号(x+p)的平方
加上q的平方有限次加减乘除运算
所得到的这么一个函数
R(x,根号(x+p)的平方减去
q的平方以及R(x,根号q的平方减去(x+p)的平方
这些简单函数它是无理函数
但是我们可以通过三角变换把它有理化
上面的三角变换x加p就等于qtant
下面这个变换x+p等于qsect
那么最底下那种无理函数的
有理化就是x+p等于qsint
我们可以充分利用三角函数的几个公式
sin平方t加上cos平方t等于1
以及tan平方t加上1等于sec平方t
把这一些简单的三角函数有理化
实际上我们已经用了一些东西了
比如说我们原来求a方减x平方dx
那么我们做了变量变换x=asint
我们把这个函数就有理化了
变成了三角有理函数的积分
那么我们还举过类似的例子
我们都可以变成有理函数的积分
我们再来看一个例子
稍微复杂一点点
那么我通过配方我们可以把它写成
dx/1加上根号(x+1)的平方加上1
做很简单的变化
令x+1等于tant
那么这样的话我们知道这个不定积分就等于
x+1又等于tant
那么dx是sec平方tdx除以1加上
tan平方+1等于sec平方
开根号之后就等于sect
那么就变成了这么一个三角有理函数的积分
这个三角有理函数就变成了
dt/cos平方的t加上cost
就变成了这么一个三角有理函数的积分
而三角有理函数我们可以有几种办法来做
第一我们刚才讲过
所有的三角有理函数的积分
我们都可以通过万能公式把它给算出来
那么我们这里我们就不用万能公式了
dt/cost减去dt/1+cost
因为cost分之一减去(1+cost)分之一
正好等于cos平方的t加上cost分之一
所以我们可以做很简单的化简
那么cost的积分实际上我们已经算过了
就等于二分之一ln绝对值1+sint除以1-sint
这是第一个不定积分
第二个不定积分
是减去二分之一sec平方二分之tdt
那么后面那个实际上就是tant了
所以他就等于二分之一ln绝对值
不需要了1+sint除以1-sint再减去
tan二分之t再加上任意常数C
其中我们把那个t带进去
其中t就等于arctan(x+1)
我们把这个t统统代进去
化简之后就可以得到我们想要的结果了
所以对于类似于这些函数的看上去是无理函数
但是相对来讲里面还是简单一点
通常就是里面是一个二次多项式
无论是有实根也好复根也好
那么这种二次多项式
都可以通过类似的三角函数的变换
把它变成了三角有理函数的积分
而我们对三角有理函数的积分我们是会处理的
好我们再来看一类无理函数
那么这类无理函数是由x开n次方
ax+b这种形式构成的无理函数
其中很显然a不等于0
如果a=0的话这个积分就非常非常简单了
那么对这类函数的积分我们做变量代换
t就等于ax+b开n次方
那么这时候我们可以知道
x就等于t的n次方减去b除以a
而且dx就等于n倍的d的n-1次方除以a
我们把dxx统统放到原来的不定积分里面
我们可以知道原来的不定积分xax+b
这么一个无理函数的不定积分
那么我们把x和t代替了x的话
我们可以知道t的n次方减b除以a
dx就等于nt的n-1次方除以adt
那么这就是一个关于t的分式有理函数
所以原来那个是一个无理函数
在t等于这么一个ax+b开n次方变量代换下
我们可以把一个无理函数的积分
变成了有理函数的积分
而有理函数的积分当然我们是会处理的
好我们来做这么一个例题
x除以根号x-1dx
那么我们做变量代换令t等于根号x-1
那么x就等于t平方加1
dx就等于2tdt
所以我们原来的积分x除以根号x-1dx
可以写成t平方+1除以t再乘上2倍的tdt
我把t消掉之后
就等于2倍的t平方+1dt
也就等于这简单的不定积分算一下
2倍的三分之t的三次方加t加c
其中我们再代回去
t是等于根号x-1
我把它代进去之后
可以得到我们原来的不定积分
x除以根号x-1就等于三分之二(x-1)的
二分之三次方加上2倍的根号x-1加上常数c
好我们再来看一类无理函数的有理化的积分
这类函数是x开n次方ax+b除以cx+d
这类函数无理函数的积分
我们还是做我们原来的变量代换
令ax+b除以cx+d开n次方我把这个叫做t
那么我们可以算出来
x就等于t的n次方d减b除以a-ct的n次方
那么我们再来看看dx等于什么
dx就等于a-ct的n次方括弧的
平方分之n(ad-bc)t的n-1次方dt
我们把dx和x以及这个t
通通代进入我们原来要算的
无理函数的不定积分里面
原来的无理函数的积分可以写成
R(X就等于t的n次方乘以d减b
除以a-ct的n次方t再乘上n(ad-bc)
除以a-ct的n次方t的平方t的n-1次方dt
所以我们就达到了我们的目的
就把原来那个无理函数的不定积分变成了
这么一个分式有理函数的不定积分
而对分式有理函数我们当然是有办法来处理的
我们来看一道例题
求这么一个积分dx
开三次方 (x-1)(x+1)括弧的平方
我们做一点点很小的变化
我们提一个(x+1 )出来
底下就变成了(x-1)/(x+1)开三次方
那么这种形式的无理函数跟我们刚才那个
要做的无理函数
形式上完全都是一样的
也就等于(x+1)分之一
开三次方(x+1)除以(x-1)dx
我们做变量代换令t
就等于开三次方(x+1)除以(x-1)
我反解一下
x就可以写成x就等于t的三次方
加一除以t的三次方减1dx就等于
负的6倍的t的平方除以
(t的三次方-1)的平方dt
我们把这个tx和dx通通代到
我们原来要算的不定积分里面
我们就可以得到
原来那个不定积分dx开三次方
(x-1)(x+1)括弧的平方
实际上用t来表示
就可以表示成为t乘上1/t的三次方+1
除以t的三次方-1+1再乘上负的6t平方
除以(t的三次方-1)的平方dt
那这就是完完全全
就是一个分式有理函数的积分
根据分式有理函数积分的那些算法
我们可以得到最后的结论
就是等于-3ln绝对值t-1加上
二分之三ln(t方+t+1)再加上3倍的根号
三arctant+)/二分之根号三加上C
其中我们可以知道
t就等于根号开三次方(x+1)/(x-1)
把这个t通通代入刚才那个式子里面
就可以得到我们要求的不定积分
到此为止
我们所有的不定积分的方法都已经讲过了
那么我们稍微总结一点
我们来看
所谓一个积分我们做完了之后
我们很高兴的知道
这个积分 我们说不定积分
积出来了 和我这个积分
积不出来到底指的是什么意思
因为我们的结论很简单
只要是被积函数是个连续函数
那么它的不定积分
或者说它的原函数一定是有的
那么为什么我们还会存在一个问题就是
这个积分我积出来了
这个积分我没有积出来
所谓积出来了
就是说一个函数的原函数
可以用你已知
你已经很熟悉的函数来表示出来
那么这时候你说这个积分我积出来了
我们现在熟悉什么函数
我们现在所熟悉的函数只有是初等函数
也就是说一旦一个函数的不定积分
用初等函数表示出来
我们就说这个函数的不定积分积出来了
那么从这意义上来讲
我们可以讲的分式有理函数
都可以积出来的
因为它的所有的不定积分都可以
用初等函数表示出来
三角有理函数我们也可以积出来了
因为三角有理函数可以通过万能公式
转化成为分式有理函数
从而那个不定积分
完全都是一个初等函数所表示的
但是对于那些积不出来的函数
并不表示不定积分不存在
只是那个不定积分过于复杂
复杂到有可能不是
你初等函数所能表示的函数
比如说我给一个很简单的例子
你就会发现积不出来了e的x平方dx
这个函数非常非常之简单
你从微分的角度上来讲
这个函数
你任意阶导数都有
但是这么简单的一个函数
我们说积不出来
原因很简单
这个函数的原函数
已经不再是你初等函数所能表示出来
就我们现在初等函数的基础上
我们说
这个函数积不出来
但是这个函数的不定积分一定是有的
原因很简单
被积函数是连续函数
不定积分一定有
所以积不出来并不表示不定积分没有
而你积不出来并不表示别人积不出来
所以我们要用一种宽容的态度来对待积不出来
我们相信
这本身就是一个函数
那么这个函数即便积不出来
它也表示了一个很明确的一个函数
只是这个函数你不明白而已
不清楚而已
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
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--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
-第一节 思考与练习
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--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第三节 思考与练习
-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
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-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
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-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
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--第一换元法
--第二换元法
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--第六章 原函数与不定积分--第二节思考与练习
-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
-- 函数的可积性
--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
--平面区域的面积
--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习