- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Предисловие
- •I. Основы интегрирования
- •§ 1. Табличное интегрирование
- •Простейшая таблица неопределённых интегралов
- •Основное правило табличного интегрирования:
- •§ 2. Подведение под знак дифференциала
- •Примеры подведения под знак дифференциала
- •§ 3. Интегралы от функций, содержащих квадратичное выражение
- •§ 4. Замена переменной в неопределённом интеграле
- •§ 5. Интегрирование по частям
- •§ 6. Замечание о двух способах интегрирования
- •§ 7. Интегрирование дробно-рациональных функций
- •Корень знаменателя,
- •Соответствующего очередному коэффициенту,
- •Подставляем в первоначальную дробь,
- •Из которой этот знаменатель вычеркнут.
- •Замечание об универсальном методе неопределённых коэффициентов
- •§ 8. Определённый интеграл
- •Вычисление площади плоской фигуры
- •§ 9. Понятие несобственного интеграла
Корень знаменателя,
Соответствующего очередному коэффициенту,
Подставляем в первоначальную дробь,
Из которой этот знаменатель вычеркнут.
Таким образом,
в точке, т.е.;
в точке, т.е.;
в точке, т.е..
Поместим A, B, C не в числителях, а перед дробями:
.
Значит, .
Все интегралы – простейшие и находятся по таблице, поэтому
.
Ответ: а) ;
б) .
Пример 2. Пусть для дроби указаныm = 2, n = –5, p = 1 и тем самым дана дробь . Все множители – линейные скобки, поэтому
.
Корни знаменателей: . По аналогии с примером 1:
в точке;
в точке;
в точке.
Итак, , и соответственно
.
По таблице основных интегралов находим, что
.
Ответ: а) ;
б) .
Пример 3. Пусть для дроби даны параметрыm = 1, n = 0, p = –3. Раскладываем дробь . Множители в знаменателе линейны, но один из них –в квадрате. В этом случае
.
Скобке, стоящей в квадрате, всегда соответствуют 2 дроби. Знаменатель одной из них – это скобка в 1-й степени, знаменатель другой – та же скобка в квадрате.
Корни знаменателей . КоэффициентыA и C можно найти методом вычёркивания:
в точке;
в точке
(поиск C требует умножения первоначальной дроби на , а не на).
Коэффициент B вычёркиванием найти нельзя – возникнет деление на 0.
Чтобы найти B, представим, что будет, если свести всё к общему знаменателю:
.
Достаточно увидеть, что в числителе появится , или, а по условию в числителе стоитс коэффициентом 1. Значит,. Подставим:, откуда. Итак,
,
и тогда
.
Здесь , остальные интегралы – табличные и находятся так же, как в примерах 1 и 2.
Ответ: а) ;
б) .
Замечание. Коэффициент B можно найти и другими способами.
Так, можно увидеть, что после приведения к общему знаменателю в числителе появится , а в числителе первоначальной дробиx в первой степени отсутствует (т.е. стоит 0x). Тогда из уравнения приитакже получается.
Наконец, можно взять любое число, отличное от уже использованных значений и, например,, и подставить его в основное равенство:
,
что равносильно . Посколькуи, из уравнениянаходим.
Любой верный способ даёт одно и то же значение коэффициента.
Пример 4. Разложим дробь . В знаменателе одна из скобок – в квадрате. В этом случае, по аналогии с примером 3,
.
Так же находим
при, а именно;
при:.
Чтобы найти A, возьмём любое значение x, кроме –3 и 2, например, , и подставим в разложение дроби, учитывая, чтои:
.
После упрощений , или. Значит,(значение точное). Итак,.
Тогда , интегралы находятся так же, как в примере 3.
Ответ: а) ;
б) .
Пример 5. Разложим дробь и проинтегрируем. Один из множителей знаменателя – квадратичное выражение. Согласно общей схеме, в числителе соответствующей дроби пишется не просто коэффициент, а линейная функция относительноx:
.
Методом вычёркивания можно найти только C:
при .
Можно быстро найти A, если заметить, что в числителе исходной дроби нет слагаемого с , а в правой части основного равенства приведение к общему знаменателю даёт:
.
Тогда , откуда.
Коэффициент B также легко найти, если увидеть, что после того же приведения остаются свободные коэффициенты , а в исходной дроби стоит свободный коэффициент –7.
Поэтому , или, и тогда. Получили разложение
.
Значит,
.
Как показано ранее (например, в § 2),
.
Остальные интегралы – табличные.
Ответ: а) ;
б)
(модуль заменили простыми скобками, поскольку всегда ).
В следующем примере просто подставим числа и решим уравнения.
Пример 6. Проинтегрируем . Заметим, что, поэтому
.
Находим – как в предыдущих примерах. Далее подставим, затем:
;
.
Умножим 1-е уравнение на 9, а 2-е – на –9:
Вычитая одно уравнение из другого, замечаем, что , и тогда.
Коэффициент A известен, выгодно выразить и подставить. Тем самым.
Итак,
, соответственно
.
Ответ: а) ;
б) .
Замечание. В примере 6 получается довольно простая система уравнений. Иногда выгоднее заменить дроби на десятичные, например,
(где ), подставитьи перенести полученные числа вправо:
(например, методом Крамера).
ИД2. Проинтегрируйте дробь , где числительуказан, разложив её на суммупри заданных значенияхa, b, c:
1) ;
а) a = 0, b = 1, c = 2; б) a = 0, b = 1, c = –1; в) a = 0, b = 2, c = 3;
г) a = 1, b = 2, c = 3; д) a = 1, b = 2, c = –3; е) a = –1, b = 2, c = 3;
ж) a = 2, b = –2, c = 1; з) a = 2, b = –2, c = –1; и) a = 3, b = 4, c = 5;
к) a = 3, b = 4, c = –5; л) a = 3, b = –4, c = 5; м) a = –1, b = –3, c =–5;
2) ;
а) a = 1, b = 2, c = 3; б) a = 1, b = 2, c = –3; в) a = 1, b = –1, c = 2;
г) a = 1, b = –1, c = –2; д) a = 1, b = 2, c = –2; е) a = 1, b = –2, c = 3;
ж) a = 2, b = 3, c = –4; з) a = 2, b = –3, c = 4; и) a = 3, b = 4, c = –3;
к) a = 3, b = 4, c = –4; л) a = 1, b = 3, c = 5; м) a = 1, b = 3, c = –5;
3) ;
а) a = 0, b = 1, c = –1; б) a = 1, b = –1, c = 2; в) a = 1, b = 2, c = –2;
г) a = –1, b = 2, c = –2; д) a = 1, b = 2, c = 3; е) a = 1, b = 2, c = –3;
ж) a = 1, b = –2, c = 3; з) a = 1, b = –2, c = 3; и) a = –1, b = –2, c = 3;
к) a = 3, b = 4, c = 5; л) a = 3, b = –4, c = 5; м) a = 3, b = 4, c = –5.
ИД3. Проинтегрируйте дробь , где числительуказан, разложив её на суммупри заданных значенияхa, b:
1) ;
а) a = 0, b = 1; б) a = 0, b = –1; в) a = 1, b = 0; г) a = –1, b = 0;
д) a = 1, b = –1; е) a = –1, b = 1; ж) a = 0, b = –2; з) a = 2, b = 0;
и) a = 1, b = 3; к) a = 3, b = –1; л) a = 3, b = –4; м) a = 4, b = –5;
2) при тех же значенияхa, b, что в задании 1;
3) при тех же значенияхa, b, что в заданиях 1 и 2.
ИД4. Проинтегрируйте дроби , разложив на сумму дробейпри разных числителяхи одних и тех же значенияхa, b:
1) ;
а) a = 1, b = 0; б) a = 1, b = 1; в) a = 1, b = –1; г) a = 1, b = 2;
д) a = 1, b = –2; е) a = 2, b = 0; ж) a = 2, b = 1; з) a = 2, b = –1;
и) a = 2, b = 2; к) a = 2, b = –2; л) a = 4, b = 3; м) a = 4, b = –3.
2) при тех же значенияхa, b, что в задании 1;
3) при тех же значенияхa, b, что в заданиях 1 и 2.
ИД5. (*) Проинтегрируйте дроби, разложив их на элементарные. Если необходимо, предварительно получите целую часть и правильную дробь:
1) а) ; б); в); г); д);
2) а) ; б); в); г); д);
3) а) ; б); в); г); д).