3.6: Додаткові методи інтеграції
Інтеграція по частинам
Інтеграція частинами - це метод інтеграції, який дозволяє нам знаходити антипохідні деяких нових функцій, такихln(x) як, а також антипохідні продуктів функцій, таких якx2ln(x) іxex.
Якщо функція, яку ми намагаємося інтегрувати, може бути написана як добуток двох функційudv, а потім інтеграція частинами дозволяє нам торгувати складний інтеграл для, сподіваюся, простішого.
∫udv=uv−∫vdu
Для певних інтегралів:∫baudv=uv]ba−∫bavdu
Інтегрувати∫xexdx.
Рішення
Щоб використовувати метод Інтеграція частинами, ми розбиваємо виріб на дві частини:u=xanddv=exdx.
Тепер ми обчислимоdu, похідну відuv, і, інтегралdv:du=(ddxx)dxandv=∫exdx=ex.
Використовуючи формулу Інтеграція частинами,∫xexdx=uv−∫vdu=xex−∫exdx.
Зверніть увагу, що залишився інтеграл простіше, ніж оригінал, і той, який ми можемо легко оцінити:xex−∫exdx=xex−ex+C.
В останньому прикладі ми могли б вибратиx абоex як нашu, але якби ми вибралиu=ex, другий інтеграл став би більш смішним, а не простішим.
При виборі параметра «Інтеграціяu по частинам» виберіть логарифмічний вираз, якщо він присутній. Якщо ні, виберіть алгебраїчний вираз (наприклад,x абоdx).
(Існує більше дерево рішень, які можуть бути записані для виборуu іdv, але оскільки ми не дивимося на будь-які тригонометричні функції в цьому курсі, правило вище є достатнім для функцій, які ми інтегруємо.)
Інтегрувати4∫16x2ln(x)dx.
Рішення
Оскільки це містить логарифмічний вираз, ми будемо використовувати його для нашого u:u=ln(x)anddv=6x2dx
Тепер розрахуємоdu іv:du=1xdxandv=∫6x2dx=6x33=2x3
Використовуючи формулу За частинами:∫416x2ln(x)dx=2x3ln(x)]41−∫416x21xdx
Ми можемо спростити вираз в інтегралі справа:∫416x2ln(x)dx=2x3ln(x)]41−∫416xdx
Що залишився інтеграл є базовим, який ми тепер можемо оцінити:∫416x2ln(x)dx=2x3ln(x)]41−3x2]41
Нарешті, ми можемо оцінити вирази:∫416x2ln(x)dx=((2⋅43ln(4))−(2⋅13ln(1)))−((3⋅42)−(3⋅12))=128ln(4)−45≈132.446
Інтеграція з використанням таблиць інтегралів
Є багато методів інтеграції, які ми не будемо вивчати. Багато з них призводять до загальних формул, які можуть бути складені в Таблицю інтегралів - тип чіт-аркуша для інтеграції.
Наприклад, ось два записи, які ви можете знайти в таблиці інтегралів:
∫1x2−a2dx=12aln|x−ax+a|+C∫1√x2+a2dx=ln|x+√x2+a2|+C
Інтегрувати∫5x2−9dx.
Рішення
Цей інтеграл дуже схожий на вигляд першого інтеграла в таблиці прикладів. Використовуючи правило, яке дозволяє нам витягувати константи, і переписуючи 9 як32, ми можемо краще бачити збіг. ∫5x2−9dx=5∫1x2−32dx
Тепер просто використовуємо формулу з таблиці, зa=3. ∫5x2−9dx=5∫1x2−32dx=5(12⋅3ln|x−3x+3|)+C=56ln|x−3x+3|+C
Іноді нам доводиться поєднувати таблицю з іншими методами, які ми вивчили, наприклад, заміною.
Інтегрувати∫x2√x6+16dx.
Рішення
Цей інтеграл виглядає чимось як другий інтеграл в таблиці прикладівx, але сила неправильна, і єx2 в чисельнику, який не збігається. Намагаючись використовувати це правило, ми можемо спробувати переписатиx6 в знаменник, щоб виглядати як (щось)2. На щастя,x6=(x3)2. ∫x2√x6+16dx=∫x2√(x3)2+16dx
Тепер ми можемо використовувати підміну, дозволяючиu=x3, такdu=3x2dx.
Внесення заміни:∫x2√(x3)2+16dx=∫1√u2+16du3=13∫1√u2+16du
Тепер ми можемо використовувати запис таблиці:13∫1√u2+16du=13ln|u+√u2+16|+C
Скасування заміни дає остаточну відповідь:∫x2√x6+16dx=13ln|x3+√x6+16|+C