Основные свойства неопределенного интеграла.
1. (в частности,
).
2. .
3. .
Необходимо знать интегралы основных элементарных функций (табличные интегралы):
![]() ![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
Частные случаи формулы .
1°. .
2°. .
3°. .
4°. .
5°. .
6°. .
7°. .
8°. .
Для нахождения интегралов используются следующие методы.
1) Преобразование подынтегрального выражения, при помощи которого интеграл преобразуется к одному или нескольким табличным интегралам.
1°.
2°.
2) Подведение под знак дифференциала, основанное на формуле .
,
где .
1°.
.
2°.
3°.
3) Замена переменной. Если , то
.
1°.
.
2°.
.
3°.
.
4) Интегрирование по частям:
.
1°.
.
2°.
.
3°
.
5) Интегрирование рациональных дробей вида (где
,
- многочлены) основано на представлении дроби
в виде суммы многочлена
и простейших рациональных дробей вида
.
Разложение рациональных дробей в сумму простых дробей осуществляется с помощью метода неопределенных коэффициентов, который будет продемонстрирован ниже, на частном примере.
Имеют место формулы
,
(
).
Интеграл можно найти, выделяя полный квадрат в знаменателе:
, с последующей заменой
.
Интеграл сводится к интегралу следующего вида:
.
1°. ْ
Составим комбинацию простых дробей, в знаменателях которых присутствуют все возможные делители знаменателя исходной функции:
После приведения этих пяти дробей к общему знаменателю, получим:
Приравняв числители полученной дроби и дроби , получим:
Необходимо, чтобы это соотношение было выполнено при всех значениях . Подставим в него пять (по числу неизвестных коэффициентов
,
,
,
,
) различных значений
. Получим систему линейных уравнений на
,
,
,
,
:
Можно показать, что у такой системы всегда существует единственное решение. Решив эту систему (например, методом Гаусса), получим требуемое представление
,
,
,
,
:
Окончательно,
6) Функции, содержащие иррациональности, интегрируются в том случае, когда интеграл от них сводится к интегралу от рациональной дроби с помощью какой-либо замены переменной. Приведем несколько примеров интегрируемых иррациональных функций.
) Интегралы вида
где - рациональная функция, а
, ¼,
- натуральные числа. Метод интегрирования - замена
, где
- наименьшее общее кратное чисел
, ¼,
.
) Интегралы вида
сводятся к табличным при помощи замены
.
) Интегралы
, где
,
и
- рациональные числа. Интегралы такого вида сводятся к элементарным только при следующих соотношениях параметров
,
и
.
Если целое, то следует использовать замену
, где
- наименьшее общее кратное знаменателей дробей
,
.
Пусть теперь - наименьшее общее кратное знаменателей дробей
,
. Если
- целое, то интеграл сводится к интегралу от рациональной функции с помощью замены
.
Если целое, то интегрирование осуществляется при помощи замены
.
) Подстановки Эйлера. Они применяются к интегралам вида
, где
рациональная функция. Имеется три вида подстановок Эйлера.
;
;
,
где ,
-корни многочлена
.
Тригонометрические замены. Для интегралов
используется замена
. Для интегралов
используется замена
. Для интегралов
используется замена
. В каждом из трех случаев получается интеграл от рациональной функции, зависящей от
и
.
7) Интегрирование выражений вида , где
– рациональная функция от
. В разных случаях используются замены
,
,
,
. Если ни одна из этих замен не позволяет получить интеграл от рациональной функции, то используется универсальная тригонометрическая подстановка
. Тогда
,
,
,
и подынтегральное выражение сведется к рациональной дроби.
В задачах 3.5.а-3.5.ж. требуется вычислить неопределенные интегралы.
Задача 3.5.а. .
Решение.
.
Задача 3.5.б. .
Решение.
1)
2) .
Ответ: .
Задача 3.5.в. .
Решение. =
=
=
=
=
=
=
=
=
.
Задача 3.5.г. .
Решение. Интегрируем по частям:
=
.
Интегралы вида находятся с помощью подстановки
.
Задача 3.5.д. .
Решение.
=
=
=
=
=
=
=
.
Задача 3.5.е. .
Решение. Разложим подынтегральную функцию в сумму простых дробей. Воспользуемся методом неопределенных коэффициентов.
,
,
,
откуда
Û
Û
Следовательно,
1) ;
2)
=
.
Ответ:
.
Интегралы вида для нечетного
можно находить при помощи подстановки
.
Задача 3.5.е. .
Решение.
.
Разложим подынтегральное выражение в сумму простых дробей:
,
,
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях в левой и правой частях тождества, получим систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными A, B, C, D:
Û
Û
Откуда
Окончательно, получим . Следовательно, разложение дроби в сумму простейших имеет вид:
.
В результате, получаем
=
=
=
.
Задача 3.5.ж. .
Решение. Используем универсальную тригонометрическую подстановку.
=
=
=
=
=
.