\(设f(x)为[a,b]上\)有界函数\(在[a,b]上任意插入n-1个分点,a=x_00)\)3.\(\int \frac {{\rm d}x}{(x^2+a^2)^2}(a>0)\)4.教科书P204 例5.4.10主要学习此法中分别令\(x=sec t\)和\(x=-sec t\),都有\(t \in (0,\frac{\pi}{2})\),可以减少不必要的化简麻烦若直接令\(t \in (0,\frac{\pi}{2}) 和 (\frac{\pi}{2},\pi)\),开根号时会多出一个符号,这个符号的消去是在t转化回x的时候5.教科书P219 T1(5)(6)(8)某些复合函数,可以通过换元法转化为一般分部积分的形式
定积分换元法定理\(设函数f(x)在[a,b]上连续,g(t)为单值函数,且满足\)\((1)g(\alpha)=a,g(\beta)=b,当t \in [\alpha,\beta]时,g(t) \in [a,b]\)\((2)g(t)有连续导数\)\(令x=g(t),则有\int_a^b f(x){\rm d}x = \int_{\alpha}^{\beta} f(g(t))g'(t){\rm d}t\)
PS:(1)连续可弱化为可积(2)替换后上下限对应(3)不定积分第二类换元法要求g(t)单调可导的原因:其实每个x都有对应的t存在即可,但一个x对应多个t表达式需任选一个造成麻烦,为了方便使x一一对应t,即存在反函数,即要求单调。而定积分不做要求,因为定积分不需代回x,g(t)重复对应x无影响。另一方面,不定积分和定积分本质很不一样,前者是对应点,后者对应区间,后者g(t)重复对应x不会造成重复计算是因为g'(t)的修正,重复部分恰好抵消了。
题目1.教科书P205 例5.4.12\((1-x)^{100}\)转化为\(t^{100}\)扩展性更好***2.\(\int_0^1 \frac{ln(1+x)}{1+x^2}\)令\(x=tan t,0 \leq t \leq \frac {\pi}{4}\);\(\int_0^{\frac {\pi}{4}}ln(1+tan t)=\int_0^{\frac {\pi}{4}}ln(1+tan (\frac {\pi}{4}-t))\);***3.教科书P206 例5.4.15
奇偶函数定积分性质定理\(设f(x)为连续函数\)\(如果f(x)为奇函数,则\int_0^x f(t){\rm d}t为偶函数\)\(如果f(x)为偶函数,则\int_0^x f(t){\rm d}t为奇函数\)2.\(设f(x)在[-a,a](a>0)上为连续函数,则\)\(\int_{-a}^af(x){\rm d}x = \begin{cases}0 & f(x)为奇函数\\\int_0^af(x){\rm d}x & f(x)为偶函数\\\end{cases}\)
题目1.\(\int_{-2}^2 xln(1+e^x){\rm d}x\)令t=-x化简后会有意外发现2.\(\int_0^\pi xf(sin x){\rm d}x = \frac{\pi}{2}\int_0^\pi f(sin x){\rm d}x\)令t=\(\pi\) - x3.教科书P209 例5.4.19\(设f(x),g(x)在区间[-a,a](a>0)上连续,g(x)为偶函数,且f(x)+f(-x)=A(A为常数),则\int_{-a}^a f(x)g(x){\rm d}x = A\int_0^a g(x){\rm d}x\)令t=-x可以证得
周期函数的定积分性质定理\(设f(x)是以T(T>0)为周期的连续函数,则\)\((1)对任意的常数a,有\int_a^{a+T}f(x){\rm d}x = \int_0^T f(x){\rm d}x\)\((2)对任意的正整数n,有\int_a^{a+nT}f(x){\rm d}x = n\int_0^T f(x){\rm d}x\)!!:周期函数求导后还是周期函数,但积分后不一定是可导函数
题目1.教科书P210 例5.4.20周期函数求导后还是周期函数,但积分后不一定是可导函数,需满足一周期内原来的函数的积分和常数的积分之和为0
分部积分法不定积分的分部积分法\(\int \frac{x^2}{(1-x)^{20}}{\rm d}x\)
定积分的分部积分法几种特殊类型函数的积分有理函数的积分方法1.先看分母是否为一次式*二次式,如果是直接待定系数法+相应分式解法2.如果不是一般就不会是分部积分法了,考虑凑微分或倒代换
题目1.\(\int \frac{1}{(1+x^2)^2} {\rm d}x\)2.\(\int \frac{1}{1+x^4} {\rm d}x\)凑微分\(x+\frac{1}{x}\)加上待定系数法3.\(\int \frac{x^2}{3x^3+4} {\rm d}x\)
三角函数有理式的积分方法1.基本积分表(6个基本三角函数及其2次方),\(\sqrt{1+sin t},\sqrt{1+cos t}\)2.恒等变形(1)分母化为单项(2)添项(不含常数的三角函数一次有理式)(3)\(sin^2x + cos^2x = 1\)(4)积化和差3.转化为有理函数(1)\(cos x \to {\rm d}sin x,2sin xcos x \to {\rm d}sin^2x\)(2)万能换元法(三角函数一次式的倒数)
题目1.\(\int\frac{4sin x + 3cos x}{sin x + 2cos x}{\rm d}x\)2.\(\int \frac{1}{sinxcos^3x}{\rm d}x\)\(1=sin^2x + cos^2x\)转化为二次式除以四次式,上下同除\(cos^4x\),换元\(tan x\)3.\(\int \frac{1}{(sinx+cosx)^2}{\rm d}x\)底下使用辅助角公式
简单无理根式的积分方法1.基本积分表中的形式根号内一次式,根号内二次式及其倒数+\(\frac{x}{sqrt{1+x^2}}\)PS:此条为要背的,出现这种形式时要有迅速的意识,但变形时不建议从这个角度入手2.平方差去除根号3.观察根号内多项式次数(1)根号整体次数严格小于1(或有\(e^x\))时一般令t等于根号整体(2)根号内为x的二次式时一般采用三角代换
题目含\(lnx\)或\(e^x\)的函数的积分含\(lnx\)的函数的积分目前来看只能将\(lnx\)整体换元或分部积分降次两条路题目:1.\(\int \frac{1+lnx}{(xlnx)^3}{\rm d}x,\int \frac{1-lnx}{(x-lnx)^2}{\rm d}x\)2.\(\int \frac{lnx}{\sqrt{x}}{\rm d}x\)
含\(e^x\)的函数的积分1.\(\int e^x sinx{\rm d}x\)2.\(\int \frac{1}{1+e^x}{\rm d}x\)
反常积分无穷区间上的反常积分无穷区间上的反常积分定义\(设函数f(x)在[a,+\infty)上连续,取b>a,称\int_a^{+\infty}f(x){\rm d}x = \underset{b \to +\infty}{lim} \int_a^b f(x){\rm d}x 为f(x)在该区间上的反常积分。\)若极限值存在且为I,就称该反常积分收敛且值为I,否则称为发散\(f(x)在(-\infty,b]上的反常积分定义类似\)\(f(x)在(-\infty,+\infty)上反常积分为\int_{-\infty}^c f(x){\rm d}x + \int_c^{+\infty}f(x){\rm d}x,c为任取的值\)
PS:第三类反常积分的一条性质:其拆开后的两部分都收敛,原来的反常积分才收敛。第三类反常积分定义为什么一定要引入c?
无穷区间上的反常积分的若干性质(1)\(当常数p>1时,反常积分\int_1^{+\infty} \frac{1}{x^p}收敛于\frac{1}{p-1}\)(2)\(当常数p \leq 1时,反常积分\int_1^{+\infty} \frac{1}{x^p}发散\)
2.线性性\(若\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x 和 \int_a^{+\infty}g(x){\rm d}x均收敛,k_1,k_2为任意常数,则\int_a^{+\infty} [k_1f(x)+k_2g(x)]{\rm d}x也收敛且等于两者之和\)
3.大收则小收,小散则大散\(设函数f(x),g(x)在[a,+\infty)上连续,且0 \leq f(x) \leq g(x)\)(1)\(如果\int_a^{+\infty} g(x){\rm d}x收敛,则\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x也收敛\)(2)\(如果\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x发散,则\int_a^{+\infty} g(x){\rm d}x也发散\)
4.\(设f(x)在[a,+\infty)上连续,如果\int_a^{+\infty} |f(x)|{\rm d}x收敛,则\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x也收敛\)PS:补充定义\(设f(x)在[a,+\infty)上连,\)绝对收敛:\(\int_a^{+\infty} |f(x)|{\rm d}x收敛,就称\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x绝对收敛\)条件收敛:\(\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x收敛,\int_a^{+\infty} |f(x)|{\rm d}x发散,就称\int_a^{+\infty} f(x){\rm d}x条件收敛\)
5.\(若f(x)在R上连续且为奇函数,且\int_{-\infty}^{+\infty} f(x){\rm d}x收敛,则必收敛于0\)可利用第三类无穷区间上的瑕积分的定义证明(拆开后变换)
无界函数的反常积分定义1.\(设函数f(x)在(a,b]上连续,且\underset{x \to a^+}{lim} = \infty,任取\epsilon > 0,使a+\epsilon \in (a,b],称\int_a^b f(x){\rm d}x = \underset{\epsilon \to 0^+}{lim} \int_{a+\epsilon}^{b} f(x){\rm d}x为无界函数f(x)在(a,b]上的反常积分\)2.\(\int_a^b f(x){\rm d}x = \underset{\epsilon \to 0^+}{lim} \int_{a}^{b-\epsilon} f(x){\rm d}x,b为瑕点\)3.\(\int_a^b f(x){\rm d}x = \int_a^c f(x){\rm d}x + \int_c^b f(x){\rm d}x,c为瑕点\)PS:一般地,将综合型反常积分分解为若干个单一型反常积分之和,当且仅当每个单一型反常积分都收敛时,对应的综合型反常积分收敛。
无界函数的反常积分的若干性质(1)\(当常数q