Тема 32. Інтегрування з допомогою заміни змінної. Інтегрування частинами.
Питання теми
Інтегрування частинами
Інтегрування часток
Заміна змінної
8.3.4. Інтегрування частинами
Нехай і
–
диференційовані функції
на
Тоді або
Звідси
(8.16)
Формула (8.16) називається формулою інтегрування частинами в невизначеному інтегралі.
Користуючись формулою (8.16), рекомендується обчислення інтегралів від таких функцій :
де –поліном
,
–
раціональна функція
. Описати всі
можливі випадки застосування формули інтегрування частинами неможливо.
Інтегруючи такі вирази, завжди виникає дилема : що взяти за
, а що – за
. Інтегруючи
вирази вигляду
,
, після того
як підінтегральна функція буде розписана за властивостями 40 і 50 , одержимо
інтеграли вигляду
, де
- одна
з функцій
в яких слід
за
брати
, бо, в
протилежному випадку, інтеграл ускладнюватиметься за рахунок зростання степенів
. В
інтегралах
, де
- одна з
функцій
вигідно
за
брати
. В
інших випадках вибір
здійснюється
залежно від того, при якому з виборів легше знайти
за
, хоч
це теж не є абсолютною істиною . Іноді доводиться експериментувати .
Інтегруючи вирази , доцільно
за
взяти
.
Знаходження
із
співвідношень
теж
здійснюється інтегрування частинами .
Для прикладу знайдемо
Приймаючи, а
, знайдемо
Далі
матимемо
, тобто
дістанемо інтеграл
.
Знову, взявши , знайдемо
. Отже ,
одержимо таку систему рівнянь відносно
та
:
Звідси
Приклад 1 .
Позначивши ,
одержимо .
Звідси
. (8.17)
Остання формула є рекурентною, тобто , знаючи , що , можна
поступово знайти
, де
– ціле
число,
більше за одиницю . Наприклад, при
Звідси .
Приклад 2. .
Нехай Тоді
і
У новому інтегралі степінь величини понизився на одиницю, а це означає , що інтеграл став простішим , ніж був .
Знайдемо тепер . Маємо
.
Звідси
Отже , на основі формули (8.16) одержимо
Враховуючи значення , знаходимо
.
Приклад 3.
Із останньої рівності одержимо
.
Обчислимо тепер
Звідси .
Остаточно з урахуванням , матимемо
Останній приклад показує, що часто інтегрування частинами
приводить до мети скоріше в тих випадках, де, як це здавалось би, доцільніше
застосувати інші методи . У цьому можна переконатися, спробувавши знайти
первісну для функції ,
застосувавши наприклад , заміну змінної за формулою
, про
що мова буде іти пізніше.
9.3.5. Інтегрування часток
Через те , що то
. (8.18)
Користуючись цим , стають очевидними такі формули :
.
Нехай маємо ,
причому
, де
–
довільне дійсне число. Тоді
.
Розглянемо інтеграл вигляду якщо
, то
, (8.19)
де .
Приклади .
1..
2..
3..
Через те що , то
.
9.3.6. Заміна змінної
Нехай потрібно обчислити інтеграл причому
безпосередньо первісну ми знайти не можемо, але відомо, що вона існує.
Зробимо заміну змінної в підінтегральному виразі
де неперервна
функція з неперервною похідною, що має обернену функцію. Тоді
і в
цьому випадку має місце формула
(8.20)
Формулу (8.20) слід розуміти так, що після інтегрування в
правій частині рівності замість буде
підставлено його вираз через
Щоб довести рівність (8.20), потрібно довести, що
похідні за від
обох частин рівності рівні між собою:
Ми тут використали правило диференціювання оберненої функції.
Отже, похідні за від
обох частин рівності (8.20) рівні, що й треба було довести.
Функцію потрібно
вибирати так, щоби можна було обчислити інтеграл, що стоїть в правій частині
рівності (8.20).
Фактично у п. 9.3.5 теж йшлося про заміну змінної, в чому можна безпосередньо переконатися .
Не можна дати універсальних замін змінних , які зводили б
заданий інтеграл до простішого. Але для ряду випадків це можна здійснити.
Доцільно, наприклад, в інтегралах, що містять під знаком інтеграла вирази
вигляду
застосувати відповідно такі заміни змінних: або
або
.
За подальшого вивчення методів інтегрування розглядатимуться інші заміни змінних .
Приклади .
1.. Підстановка
зводить
інтеграл до такого :
2.. Щоб
позбутися експонент, доцільно скористатися такою заміною змінної
.Тоді
і
інтеграл набере вигляду
Література для самоосвіти: [2], [4], [7], [9].
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Наверх ↑