高等数学复习笔记4(不定积分和定积分)

一、不定积分

不定积分就是求f(x) 的原函数F(x)
方法有:

  • 换元法(凑微分)
  • 分部积分法(三指动,反对不动,即三角函数和指数函数可以拿到微分里,反三角函数和对数函数不拿)
  • 有理式的积分
  • 实在不行就查“积分表”。哈哈,反正又不是考试,主打一个应用和理解,不需要记忆太多技巧。
    例题:
    (1)\int\frac{x^3}{(x+2)^2}dx,换元u=x+2,du=dx
    (2) \int\frac{1}{a^2+x^2}dx\int\frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}dx,把\frac{1}{a^2}提出去
    (3)sin^{2k+1} \cdot xcos^nxsin^{n} \cdot xcos^{2k+1}x可做u=sinxu=cosx换元。
    (4)sin^{2k}x \cdot cos^{2l}x 可利用三角恒等转成cos2x再求。
    (5)tan^nx \cdot sec^{2k}xtan^{2k-1}x \cdot sec^{n}x可以换元u=tanxu=secx
    例1:\int tan^3x\cdot sec^4xdx
    =\int tan^2x\cdot sec^3x \cdot tanxsecx dx=\int tan^2x\cdot sec^3x d(secx)=\int(sec^2x-1)sec^3x d(secx)
    例2:\int \frac{arctane^x}{e^x}dx
    =\int e^{-x}arctane^xdx=-\int acrtane^xd(e^{-x})=e^{-x}\cdot acrtane^x+\int e^{-x}\frac{e^x}{1+(e^x)^2}dx
    =...+\int \frac{1}{1+e^{2x}}dx=...+\int \frac{e^{-2x}}{1+e^{-2x}}dx=...+\int \frac{-1/2}{1+e^{-2x}}d(e^{-2x})
    =e^{-x}\cdot acrtane^x-1/2ln(1+e^{-2x})+C
    例3:\int \frac{1}{1+2sin^2x}dx
    =\int \frac{1}{sin^2x+cos^2x+2sin^2x}dx=\int \frac{sec^2x}{3tan^2x+1}dx=\int \frac{1}{3tan^2x+1}d(tanx)
    =\int \frac{1}{3x^2+1}dx=\int \frac{1}{(\sqrt{3}x)^2+1}d(\sqrt{3}x)=\frac{1}{\sqrt{3}}arctan\sqrt{3}x+C
    例4

二、定积分

物理意义
不定积分就是求原函数,一重定积分就是求函数与x轴围成的面积(或者f(x)围绕坐标轴旋转的旋转体体积),二重定积分就是求函数与X轴Y轴平面所围成的体积,三重定积分就是求质量。

  • 面积:S=\int_{a}^{b}f(x)dx
  • 旋转体体积:V=\int_{a}^{b}\pi [f(x)]^2dx
  • 知道任意界面的面积,求体积:V=\int_{a}^{b}S(x)dx

定义:
S=\int_{a}^{b}f(x)dx=\lim_{\Delta x\to 0}\sum f(\xi_i)\Delta x_i
求解:牛顿-莱布尼兹公式\int_{a}^{b}f(x)dx=F(x)|_{a}^{b}=F(b)-F(a)
注意事项:使用换元法时,记得把积分上下限也换成新变量的积分限
其他诸如换元法、分部积分法、有理数公式法都和上面一样。
性质:
(1)\int_{a}^{b}f(x)dx=-\int_{b}^{a}f(x)dx
(2)积分中值定理:\int_{a}^{b}f(x)dx=f(\xi)(b-a), a<=\xi<=b
(3)积分限对称,偶倍奇零。
(4)积分上限函数及其导数:
定义域是[a, b]
\Phi (x)=\int_{a}^{x}f(t)dt, x\in[a,b],那这个\Phi (x)就是f(x)的原函数。
\Phi '(x)=f(x)
若是复合函数:\Phi (x)=\int_{a}^{g(x)}f(t)dt
\Phi '(x)=f(g(x))\cdot g'(x)

三、定积分的数值解法

矩形法:\sum f(\xi_i)\Delta x_i
梯形法:\sum \frac{f(\xi_i)+f(\xi_{i+1})}{2}\Delta x_i
抛物线法:把x_{i-1},x_i,x_{i+1}三点用抛物线y=px^2+qx+r代替,形成一个曲边梯形求解。

四、反常积分

积分限为无穷,或者被积函数无界,这就是反常积分。

例1:积分限无界

例2:积分函数无界

这里澄清一下概念,一开始会认为上面这个函数不是有界吗,界限就是x=a呀,要看清楚啊,是y无界。。。
反常积分的收敛性,可以通过被积函数的原函数,然后按定义取极限,根据极限是否存与否来判定。

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