第一节不定积分的概念及其性质

1、第一节 不定积分的概念及其性质教学目的：使学生掌握原函数与不定积分的概念及性质; 基本积分公式.教学重点：基本积分公式的推导及应用.教学过程：一、原函数与不定积分的概念 定义1 如果在区间I上, 可导函数F(x)的导函数为f(x), 即对任一xÎI, 都有F ¢(x)=f(x)或dF(x)=f(x)dx, 那么函数F(x)就称为f(x)(或f(x)dx)在区间I上的原函数. 例如 因为(sin x)¢=cos x , 所以sin x 是cos x 的原函数. 又如当x Î(1, +¥)时, 因为, 所以是的原函数. 提问: cos x和还有其它

2、原函数吗？ 原函数存在定理 如果函数f(x)在区间I上连续, 那么在区间I上存在可导函数F(x), 使对任一x ÎI 都有F ¢(x)=f(x). 简单地说就是: 连续函数一定有原函数. 两点说明: 第一, 如果函数f(x)在区间I上有原函数F(x), 那么f(x)就有无限多个原函数, F(x)+C都是f(x)的原函数, 其中C是任意常数. 第二, f(x)的任意两个原函数之间只差一个常数, 即如果F(x)和F(x)都是f(x)的原函数, 则F(x)-F(x)=C (C为某个常数). 定义2 在区间I上, 函数f(x)的带有任意常数项的原函数称为f(x)(或f(x)dx )

3、在区间I上的不定积分, 记作 . 其中记号称为积分号, f(x)称为被积函数, f(x)dx称为被积表达式, x 称为积分变量. 根据定义, 如果F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数, 那么F(x)+C就是f(x)的不定积分, 即. 因而不定积分可以表示f(x)的任意一个原函数. 例1. 因为sin x 是cos x 的原函数, 所以 . 因为是的原函数, 所以 . 例2. 求函数的不定积分. 解：当x>0时, (ln x)¢, (x>0); 当x<0时, ln(-x)¢, (x<0). 合并上面两式, 得到 (x¹0). 例3 设曲线

4、通过点(1, 2), 且其上任一点处的切线斜率等于这点横坐标的两倍, 求此曲线的方程. 解 设所求的曲线方程为y=f(x), 按题设, 曲线上任一点(x, y)处的切线斜率为y¢=f ¢(x)=2x, , 即f(x)是2x 的一个原函数. 因为 , 故必有某个常数C使f(x)=x 2+C, 即曲线方程为y=x 2+C. 因所求曲线通过点(1, 2), 故2=1+C, C=1. 于是所求曲线方程为y=x2+1. 积分曲线: 函数f(x)的原函数的图形称为f(x)的积分曲线. 从不定积分的定义, 即可知下述关系: , 或 ; 又由于F(x)是F ¢(x)的原函数, 所

5、以 , 或记作 . 由此可见, 微分运算（以记号d表示）与求不定积分的运算（简称积分运算, 以记号表示）是互逆的. 当记号与d 连在一起时, 或者抵消, 或者抵消后差一个常数. 二、基本积分表(1)(k是常数), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12), (13), 例4 . 例5 . 例6 . 三、不定积分的性质 性质1 函数的和的不定积分等各个函数的不定积分的和, 即 . 这是因为, =f(x)+g(x). 性质2 求不定积分时, 被积函数中不为零的常数因子可以提到积分号外面来, 即 (k是常数, k ¹0

6、). 例7. . 例8 . 例9 . 例10 . 例11 . 例12 . 例13 = tan x - x + C . 例14 . 例15 . 第二节 不定积分的换元积分教学目的：使学生掌握不定积分的第一换元积分法以及第二换元积分法教学重点：不定积分的第一换元积分法以及第二换元积分法教学过程：一、第一类换元法（2课时）设f(u)有原函数F(u), u=j(x) , 且j(x)可微, 那么, 根据复合函数微分法, 有d Fj(x)=d F(u)=F ¢(u)d u= F¢ j(x) dj(x)j= F ¢j(x) j¢(x)d x ,所以 F ¢j

7、j(x) j¢(x)dx= F ¢j(x) dj(x)= F ¢(u)d u= d F(u)=d Fj(x), 因此 .即 =F(u) +C u = j(x) = Fj(x)+C. 定理1 设f(u)具有原函数, u=j(x)可导, 则有换元公式 . 被积表达式中的dx 可当作变量x的微分来对待, 从而微分等式jj¢(x)dx =du可以应用到被积表达式中. 在求积分时, 如果函数g(x)可以化为g(x)= fj(x) j¢(x)的形式, 那么. 例1. =sin 2x+C . 例2. . 例3. . 例4. . 例5. =-ln|cos x|

8、+C . 即 . 类似地可得. 熟练之后, 变量代换就不必再写出了. 例6. . 即 . 例7. . 例8. 当a>0时, . 即 . 例9. . 即 . 例10. . 例11. . 含三角函数的积分: 例12. . 例13. . 例14. . 例15. . 例16. . 例17. =ln |csc x -cot x |+C . 即 =ln |csc x -cot x |+C . 例18. =ln |sec x + tan x | + C. 即 =ln |sec x + tan x | + C.练习：求下列各积分：1 ；2求；3求（a>0，b>0）；5求，；6；7； 二、第二

9、类换元法（2课时） 定理2 设x =j(t)是单调的、可导的函数, 并且j¢(t)¹0. 又设f j(t)j¢(t)具有原函数F(t), 则有换元公式.其中t=j-1(x)是x=j(t)的反函数. 这是因为 . 例19. 求(a>0). 解: 设x=a sin t , , 那么, dx =a cos t d t , 于是 . 因为, , 所以. 解: 设x=a sin t , , 那么 . 提示:, dx=acos tdt .提示: , . 例20. 求(a>0). 解法一: 设x=a tan t, , 那么=a sec t , dx=a sec 2t

10、 d t , 于是= ln |sec t + tan t |+C . 因为, , 所以= ln |sec t + tan t |+C, 其中C 1=C-ln a . 解法一: 设x=a tan t, , 那么 =ln|sect+tant|+C , 其中C 1=C-ln a . 提示:=asect , dx=a sec 2t dt , 提示:, . 解法二: 设x=a sh t , 那么 ,其中C 1=C-ln a . 提示: =a ch t , dx =a ch t d t . 例23. 求(a>0). 解: 当x>a 时, 设x=a sec t (), 那么=a tan t ,

11、于是= ln |sec t + tan t |+C . 因为, , 所以= ln |sec t + tan t |+C , 其中C 1=C-ln a . 当x<a 时, 令x=-u , 则u>a, 于是 , 其中C 1=C-2ln a . 综合起来有. 解: 当x>a 时, 设x=a sec t (), 那么 ,其中C 1=C-ln a . 当x<-a 时, 令x=-u , 则u>a, 于是 , 其中C 1=C-2ln a . 提示:=atant .提示:, . 综合起来有 . 补充公式: (16),(17),(18),(19),(20),(21),(22),(2

12、3), (24). 练习：1求，令；2求，令；3 求； 4 设，求第三节 不定积分的分部积分法教学目的：使学生掌握不定积分的分部积分法 设函数u=u(x)及v=v(x)具有连续导数. 那么, 两个函数乘积的导数公式为(uv)¢=u¢v+uv¢, 移项得 uv¢=(uv)¢-u¢v. 对这个等式两边求不定积分, 得 , 或,这个公式称为分部积分公式. 分部积分过程:. 例1 =x sin x-cos x+C . 例2 . 例3 =x2ex-2xex+2ex+C =ex(x2-2x+2 )+C. 例4 . 例5 . 例6 . 例7 求.

13、解 因为 , 所以 . 例8 求. 解 因为 , 所以 . 例9 求, 其中n为正整数. 解 ; 当n>1时，用分部积分法, 有 ,即 ,于是 .以此作为递推公式, 并由即可得. 例10 求. 解 令x =t 2 , 则 , dx=2tdt. 于 . . 第一换元法与分部积分法的比较: 共同点是第一步都是凑微分 , .哪些积分可以用分部积分法？, , ;, , ;, .,. 例11已知f(x)的一个原函数是(1+sinx)lnx，求（1）；（2）；解：由已知得练习：1求；2求；3；4已知F(x)在-1，1上连续，在（-1，1）内，且，求F(x)；第四节几种特殊类型函数的积分教学目的：使学

14、生掌握简单有理函数式、三角函数的有理式及简单无理函数的积分。 一、有理函数的积分 有理函数的形式: 有理函数是指由两个多项式的商所表示的函数, 即具有如下形式的函数: 有理函数当时，为有理假分式；时，为有理真分式。有理假分式有理真分式分析法 假分式总可以化成一个多项式与一个真分式之和的形式. 例如. 又如； 真分式的不定积分: 求真分式的不定积分时, 如果分母可因式分解, 则先因式分解, 然后化成部分分式再积分. 例1 求. 解 =6ln|x-3|-5ln|x-2|+C. 提示: , A+B=1, -3A-2B=3, A=6, B=-5. 分母是二次质因式的真分式的不定积分: 例2 求. 解 . 提示: . 例3 求. 解 . 提示: . 二、三角函数有理式的积分 三角函数有理式是指由三角函数和常数经过有限次四则运算所构成的函数, 其特点是分子分母都包含三角函数的和差和乘积运算. 由于各种三角函数都可以用sin x 及cos x 的有理式表示, 故三角函数有理式也就是sin x 、cos x 的有理式. 用于三角函数有理式积分的变换: 把sin x、cos x表成的函数, 然后作变换: , . 变换后原积分变成了有理函数的积分. 例4 求. 解 令, 则, , x=2arctan u , . 于是 . 解 令, 则 . 说明: 并非所有的三角函数有理式的积分都要通过变换化为有理