求导的逆运算

<font face="华文楷体" size=4 >

1.关于换元法在不定积分中的运算

1.1.三角函数积分

对于三角函数有理式的积分\int R(\cos x, \sin x) d x
可以利用万能公式进行计算,但是也可以采用其它替换方法

  • 如果R(\cos x, -\sin x)=-R(\cos x, \sin x)则用:
    t=\cos x 进行替换。
  • 如果R(-\cos x, \sin x)=-R(\cos x, \sin x)则用:
    t=\sin x 进行替换。
  • 如果R(-\cos x, -\sin x)=R(\cos x, \sin x)则用:
    t=\tan x 进行替换。

如果不符合上述所有情况,则可以进行万能公式替换,然后通过有理函数积分进行求解。

证明(此处只证明1、3,2和1雷同):

①我们令:
\frac{R(\cos x, \sin x) }{\sin x}= R_1(\cos x, \sin x)
则有:

R_1(\cos x, -\sin x)=\frac{R(\cos x, -\sin x) }{-\sin x}=\frac{R(\cos x, \sin x) }{\sin x}=R_1(\cos x, \sin x)
根据上式,我们可知\sin x是以偶数次方的形式出现,因此我们令:
R_1(\cos x, \sin x)=R_2(\cos x, \sin^2 x)
根据此进行积分可得:
\int R(\cos x, \sin x) d x=\int R_1(\cos x, \sin x)\sin x d x=\int R_2(\cos x, \sin^2 x)\sin x d x=-\int R_2(\cos x, \sin^2 x) d \cos x
我们令t=\cos x得:
\int R(\cos x, \sin x) d x=-\int R(t, 1-t^2) d t, 这样便进行了有理化。

②此时:

R(\cos x, \sin x)=R(\cos x, \sin x*\tan x) =R_1(\cos x, \tan x)
则由此可得:
R(-\cos x,-\sin x)=R(\cos x, \sin x)=R_1(-\cos x, \tan x)=R_1(\cos x, \tan x)
根据上式,我们可知\cos x是以偶数次方的形式出现,因此我们令:
R_1(\cos x, \sin x)=R_2(\cos^2 x, \sin x)
根据此进行积分可得:
\int R(\cos x, \sin x) d x=\int R_1(\cos x, \tan x) d x=\int R_2(\cos^2 x, \sin x) d x
=-\int \frac{R_2(\frac{1}{1+t^2}, t)}{1+t^2} d t
这样便进行了有理化。

1.3.特殊形式的积分

①形如:
\int R(x , \sqrt[n]{\frac{a x+b}{c x+d}}) d x
此时我们假设ad \neq bc,否则\frac{ax+b}{cx+d}是一个常数,这时被积函数就已经是有理函数了。为了变换成有理函数,进行换元:
t=(\frac{ax+b}{cx+d})^{1/n},即t^n=\frac{ax+b}{cx+d}
此时则有:
x=\frac{d t^{n}-b}{-c t^{n}+a}
此时明显可见,\frac{d x}{d t}t的有理函数,新的被积函数就成了有理函数。


形如\int x^{a}\left(a+b x^{\beta}\right)^{\gamma} \mathrm{d} x,其中a,b是实数,\alpha,\beta,\gamma是有理数。
对于这类函数,结果如下:如果\gamma,\frac{\alpha+1}{\beta},\frac{\alpha+1}{\beta}+\gamma三个数其中有一个是整数,那么被积函数可化作有理函数来求原函数;否则,他的原函数不能用初等函数来表示。
首先做变量代换,x^\beta=t,
则有:x=t^{1/\beta},\mathrm{d} x=\frac{1}{\beta} t^{1 / \beta-1} \mathrm{d} t,于是有:
\int x^{a}\left(a+b x^{\beta}\right)^{r} \mathrm{d} x=\frac{1}{\beta} \int t^{(\alpha+1) / \beta-1}(a+b t)^{\gamma} \mathrm{d} t
因为\frac{\alpha+1}{\beta}-1是有理数,记\frac{\alpha+1}{\beta}-1=\frac{p}{q}.故上式可以写为:\frac{1}{\beta} \int(\sqrt[q]{t})^{p}(a+b t)^{\gamma} \mathrm{d} t

  • \gamma是整数时,我们知道(a+b t)^{\gamma}为有理函数,令u=\sqrt[q]{t},此时\sqrt[q]{t}^{p}=u^p,也进行了有理化。
  • \frac{\alpha+1}{\beta}为整数时,也有\frac{\alpha+1}{\beta}-1为整数,则不妨设\gamma=p/q,此时我们不妨设a+bt=u^q,则也进行了相应的有理化。
  • \frac{\alpha+1}{\beta}+\gamma为整数时,我们进行相应的化简可得:
    \frac{1}{\beta} \int t^{(\alpha+1) / \beta-1+\gamma}\left(\frac{a+b t}{t}\right)^{\gamma} \mathrm{d} t=\frac{1}{\beta} \int t^{(\alpha+1) / \beta-1+\gamma}(\sqrt[q]{\frac{a+b t}{t}})^{p} \mathrm{d} t
    则可知其也可以进行相应的有理化。

2. 关于双曲函数在换元中的应用

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 218,451评论 6 506
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,172评论 3 394
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 164,782评论 0 354
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,709评论 1 294
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,733评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,578评论 1 305
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,320评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,241评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,686评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,878评论 3 336
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,992评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,715评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,336评论 3 330
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,912评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,040评论 1 270
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,173评论 3 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,947评论 2 355

推荐阅读更多精彩内容