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文档简介
第二节定积分(二)一、微积分基本公式二、定积分的换元积分法三、定积分的分部积分法引例与速度函数在变速直线运动中,已知位置函数之间有关系:s
(t)
=
v(t)1221物体在时间间隔 内经过的路程为TTv(t)
d
t
=
s(T
)
-
s(T
)这种积分与原函数的关系在一定条件下具有普遍性。一、微积分基本公式babaf
(x)
dx
=
F
(x)
|
=
F
(b)
-
F
(a)定理.的一个原函数
,
则上式称为微积分基本公式(牛顿-莱布尼茨公式)。故牛顿-莱布尼茨公式架起了定积分与不定积分的桥梁。例1.221x
dx求7=3解:2
2x
dx1x3=323
132=
-1
3
3120dx
2
1-
x2求102=
2
arcsin
1
-
2
arcsin
0例2.解:
原式=
2
arcsin
x
2=
p3解:例3.计算正弦曲线的面积。π0sin
x
dxA
=π=
-cos
x
=
-(-1)
-(-1)
=
20Oyxy
=
sin
x例4.
求分段函数解:f
(x)
=
x
-1,x
£13
-
x,
x
>1在区间[0,
2]上的定积分.02
1201f
(x)f
(x)dxf
(x)dx
=dx
+(x
-1)(3
-
x)=
110x221x2=
(
-
x)
+
(3x
-
)2
2二、定积分的换元积分法1.
定积分的第一类换元法设
f
(u)
有原函数F
(u),
u=
g(x)
可导,
则有换元公式
f
(g(x))d
g(x)=
F
(g(x))
+
Ca=
F
(g(x))
|b=
F
(g(b))
-
F
(g(a))例5.
求01
1
dxex
+
e-x解:ex2
x
dx0
e+11原式=1012
xd
ex=e
+104=
arctan
ex
1
=
arctan
e-
p0psin3
x
-
sin5
xdx.解:
f
(
x)
=
sin3
x
-
sin5
x3=
cos
x
(sin
x)2p=03cos
x
(sin
x)2
dx(
)=p2023cos
x
sin
x(
)dx
-pp223dxcos
x
sin
x=p2023d
sin
x(sin
x)(pp-
223sin
x)
d
sin
x0)25p22=
5
(sin
xpp2)252-
5
(sin
x5=
4
.例6.计算原式40例7.40dx
x
-1
2x
+1解1.用换元法求不定积分
x
-1
dx令t
=22x
+1,
则x
=1(t
2
-1),2x
+1dx
=
tdt.dx
x
-1
2x
+1=tdt1
1
2
2
tt
2
-
-12=-
t
+
C1
3
1
3(
t
-
)dt
=
t2
2
6
23=
1
(2x
+1)32
-
3
(2x
+1)
12
+C6
2(替换t
=2x
+1)原函数40dx
x
-1
\3212x
+1
62123(2x
+1)
]=[
(2x
+1)
-3=
4例7(续).40dx
x
-1
2x
+1解2.
直接用换元法求定积分令t
=22x
+1,
则x
=1(t
2
-1),dx
=
tdt.40dx
x
-1
2x
+131t=tdt1
t
2
-
12
2-1321(1
32
2=t
-
)dt6
23(
t
-
t)=
1
3注意到当x
从0变化到4时,t
相应地从1变化到3;313=
4
.则有babaf
(
x)dx
=f
[j
(t
)]j
¢(t
)dt
.2.定积分的第二类换元积分法假设f
(x)在[a,b]上连续;函数x
=j
(t
)在[a
,b
]上是单值的且有连续导数;当t
在区间[a
,b
]上变化时,x
=j
(t
)的值在
[a,b]上变化,且j
(a
)=a、j
(b
)=b,f
(x)dx
=
f
[j
(t)]j¢(t)dt(令x
=j
(t))b=
a
f
(x)
d
xj
(t)
j
(t)j
(t)
j
(t)定积分的第二类换元法注意两点:也要换成相应于新变量t
的积分限[a
,b];(2)求出f
(j(t))j
(t)的原函数后,不必变回原来变量x;此换元公式也可反过来使用,即2当x
=
0
时,
t
=
0;
x
=
a
时,
t
=
π
.∴
原式=2aπ20a2(1
+
cos
2
t)
d
t=2122a20=
(t
+
sin
2t
)
2ππ20cos
t
d
t2Oy
=
a2
-
x2xya例8.
计算解:
令
x
=
a
sin
t
,则
dx
=
a
cos
t
d
t
,
且证:若a-aa0f
(x)
dxf
(x)
dx
=
2则a-af
(x)
dx=a则-a
f
(x)
dx
=
00-af
(x)
dxa0f
(x)
dx
+f
(x)
dxa0+af
(-x)=f
(x)时f
(-x)=-f
(x)时偶倍奇零令x
=-t=
0
[
f
(-x)
+
f
(x)]dx=0-
f
(-t)
d
ta=a0f
(-t)
d
t证明:(1)(2)若结论1.4(1)
x
sin
xdx;p-p2-2(3)4
-
x2
dx20试求(2)54
2dx;x3
sin
2
x-5x
+
2x
+1解:x
sin
xdx(1)4p-p=0;dx54
2x3
sin
2
x(2)
-5x
+
2x
+1=0;2-22(3)4
-
x
dx=
244
-
x2
dx
=
2
·
p
·
22
=
2p2设x
=p
-t,dx
=
-dt,2当x
=0,t
=p
;2当x
=p
,t
=0,0p2f
(sin
x)dx=
-0
2p2
p
dtf
sin
-
t=0p2f
(cos
t)dt0=p2f
(cos
x)dx;证:200(1)f
(cos
x)dxp2f
(sin
x)dx
=设f
(x)在
[0,
1]
上连续,证明p00(2)nncos
xdxp2p2sin
xdx
=结论2.设
f
(x)
是以T为周期的连续函数,
证明证明:af
(x)
dx0=Tf
(x)
dx0+Tf
(x)
dxa+T+令
x
=
t
+T
,
当x
=
T
,
t
=
0;
当x
=
a
+T
,
t
=
a;Ta+T
a0f
(x)
dx
=a0af
(x)
d
x0f
(t)
d
t
=f
(x)
dxf
(t
+T
)
d
t
=0=Tf
(x)
dx0+af
(x)
dx0+aTf
(x)
dx0=结论3.——定积分的分部积分公式。u(x),v(x)在区间[a,b]上有连续的导数,udv
=定理.设则uvvduabba
-[
]ab三、定积分的分部积分法例9.
计算解:
原式
=e1e1例10.
求0解:
原式
=
x
arctan
x
1-
10xdx1+
x2102d
(1+
x2
)4
2
1+
x=
π
-
1
1420=
π
-
1
ln(1+
x2
)
142=
π
-
1
ln
2例11
求解:
令2x
=t
,
则2x
=
1
t
2
,
dx
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