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 > 第二节 换元积分法 > 第一换元法
前面几堂课我们讲了
不定积分的概念
以及不定积分的简单的
函数的不定积分的计算
那么今天开始我们讲几个
不定积分的常见的方法
第一个方法就是第一换元法
也就是说变量代换的第一种方法
那么我们如果说假设
f(u)是一个函数这个函数
它的不定积分可以写成
F(u)加上常数C
其中F(u)就是f(u)的某一原函数
并且呢φ(x)是一个C(1)类的函数
则我们有下面的不定积分的
所谓第一换元法
f(φ(x))φ的导数(x)dx就等于
F和φ(x)的复合函数
加上任意常数C
也就是说我们通过F
这么一个f的原函数
把这么一个我们看上去
稍微复杂一点的函数的不定积分
用F和φ的复合函数
来给它表示出来
我们证明一下
我们要证明第一换元法
我们只要证明这两个函数
如果说它的对x的导数相等
那么这两个函数
它们就有同样一个
也就是说第一换元法就是正确的
所以我们只要证明它导数相等就行了
我们来看看左边那个导数
左边的导数根据不定积分的定义
那么它就是f(φ(x))φ的一阶导数(x)
这是不定积分的定义告诉我们的
同样我们来看看
右边那个函数的导数
右边那个函数呢
C的导数是等于0的
也就是复合函数的求导
复合函数求导
根据复合函数求导的法则
就等于F的导数在
φ(x)的取值和φ的导数(x)
实际上来讲我们这已经
假设了F是f的某一原函数
所以我们可以知道
F的导数(u)就等于f(u)
那么也就告诉我们
F的导数就等于f
就等于f(φ(x))乘上φ的导数(x)
那么我们知道
这两个函数当然是相等的
所以左边那个导数等于右边那个导数
这样的话我们第一换元法就是正确的
我们证明了f和φ的
复合函数乘上φ的导数
这么一个新的函数的不定积分
可以写成F和φ的复合函数
再加上任意常数C
那么这就是第一换元法
下面我们用几个例子来看看
第一换元法到底是怎么来用的
要补充一点的是
在第一换元法的时候
我们实际上使用是这么来使用的
我们来看f(φ(x))φ的导数(x)dx
我们知道φ的导数
(x)dx就等于d的(φ(x))
所以我们可以把它代进去之后就等于
f(φ(x))d(φ(x))这时候我们就知道
用变量代换的办法
令u等于φ(x)
那么它实际上就等于f(u)du
这个函数的不定积分
那么我们根据条件
f的不定积分等于F加上C
所以呢就等于F(u)加上常数C
u等于φ(x)所以它就等于
F和φ(x)的复合加上任意常数C
所以这是第一换元法
实际上更常见的一种用法
那么我们来看看第一道例题
我们要求xsin(x平方)dx
我们非常非常想知道
u这个函数在换元法这个u这个函数
到底是什么函数
那我们先试试看
我们把这个c放到这里边去
我们知道xdx就等于
二分之一的d(x平方)
所以呢 我们把二分之一
拿到不定积分的外边来
就等于二分之一的
sin(x平方)d(x平方)
那从这个式子里面
我们显然就可以看出来了
我们做的变量变换
就是x平方等于u
我们做令x平方等于u这个变量变换
那么原来那个积分
就等于二分之一的sinudu
也就等于负的二分之一
cosu加上任意的常数C
那么我们把x的平方等于u
或者说u等于x的平方
再代入这个式子里面
我们就可以知道
它就等于负的二分之一
cos(x的平方)加上任意常数C
那么负的二分之一cos(x平方)
实际上就是xsin(x平方)
这个函数的某一原函数
加上任意常数C
就可以构成了它的所有原函数
也就是所谓不定积分
我们来看看第二道例题
我们要求cotxdx
那根据三角函数我们可以知道
cotx呢就等于cosx除以sinx
我们把这个cosx放到微分式里面去
我们知道cosxdx就是等于d(sinx)
这样的话我们就可以
把原来那个不定积分
写成sinx分之一d(sinx)
那么现在我们就可以知道
u等于什么呢
u就等于sinx也就等于du除以u
就等于lnu的绝对值加上常数C
u等于什么u等于sinx
最终的结论就是
ln绝对值sinx加上任意常数C
所以变量代换u等于φ(x)
这么一个变量代换
到底是用什么样的φ(x)
作为变量代换
实际上是我们一步步算出来地换
慢慢慢慢算下来才能看得见
刚开始的话谁也看不出来
我们来看看第三道例题
dx(a的平方加上x平方)
这么一个函数的不定积分
其中当然我们要假设a不等于0
那么我们用什么样的
变量代换u来做呢
我们提一个a平方出来
等于dx/(1+(x除a)的平方)
我们用变量代换令x除a等于u
或者说呢au就等于x
那么我们可以知道
dx就等于a乘上du
那么这样的话
我们再把dx代到原来的不定积分
就可以得到等于a平方分之一
a乘上du除以(1加上x除以a的平方)
就等于a分之一x除以a就是u了
du/(1+u平方)
就等于(a分之一)arctanu
因为我们一查表(1加u平方)分之一
它的原函数就是arctanu
arctanu加上常数C
而u呢又等于x除以a
最终的答案是(a分之一)
arctan(x除以a)加上任意常数C
我们来看最一道题
类似地跟刚才类似的办法
我们也可以求dx/根号(a方减x方)
其中a呢是大于0的一个数
我们同样令u等于x除以a
我们可以把这么一个不定积分
写成du/根号(1减u方)
也就等于arcsinu加上常数C
而u呢就等于x除以a
所以最终的这个不定积分呢
就等于arcsin(x除以a)加上任意常数C
-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
--思考题
--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
--思考题
--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
-第四节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第四节 思考与练习
-第五节 Taylor 公式
-第五节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第五节 思考与练习
-第一节 概念与性质
--原函数的概念
--6-1视频纠正
-第一节思考与练习
--思考题
--第六章 原函数与不定积分--第一节思考与练习
-第二节 换元积分法
--第一换元法
--第二换元法
-第二节思考与练习
--思考题
--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