基本概念
原函数
设函数F(x)在区间I上可导,对区间I上的每一点都有F′(x)=f(x),则称函数F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数.【注】①提到原函数一般要指明区间,不加特别说明的情况下一般就默认为f(x)的定义域.②如果f(x)在区间I上存在原函数,那么它的原函数一定不唯一. \begin{aligned} &\text{设函数}F(x)\text{在区间}I\text{上可导,对区间}I\text{上的每一点都有}F'(x)=f(x)\text{,则称函数} \\ &F(x)\text{是}f(x)\text{在区间}I\text{上的一个原函数.} \\ & \\ &\boxed{【注】}①\text{提到原函数一般要指明区间,不加特别说明的情况下一般就默认为}f(x)\text{的定} \\ &\text{义域.} \\ & \\ &②\text{如果}f(x)\text{在区间}I\text{上存在原函数,那么它的原函数一定不唯一.} \end{aligned} 设函数F(x)在区间I上可导,对区间I上的每一点都有F′(x)=f(x),则称函数F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数.【注】①提到原函数一般要指明区间,不加特别说明的情况下一般就默认为f(x)的定义域.②如果f(x)在区间I上存在原函数,那么它的原函数一定不唯一.
不定积分
函数f(x)在区间I上的所有原函数组成的集合,称为f(x)在区间I上的不定积分,记作∫f(x)dx.【注】1. 原函数就是导数的反义词:f(x)是F(x)的导数 ⟺ F(x)是f(x)的原函数.对于原函数的概念,要注意两点:一是提到原函数需要指明区间,二是原函数只要存在就不是唯一的.2. f(x)在区间I上的不定积分是f(x)在该区间上所有原函数组成的集合.要注意概念所揭示的不定积分的本质:它是一个集合.3. 不定积分和原函数的关系:假设F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数,∫f(x)dx是f(x)在区间I上的不定积分,则F(x)∈∫f(x)dx, ∫f(x)dx=F(x)+C4. 任意常数C的运算法则:C+C=C−C=C, CC=C, kC={C, k≠00, k=0 \begin{aligned} &\text{函数}f(x)\text{在区间}I\text{上的所有原函数组成的集合,称为}f(x)\text{在区间}I\text{上的不定积分,} \\ &\text{记作}\int f(x)dx. \\ & \\ &\boxed{【注】} \\ &1.\ \text{原函数就是导数的反义词:}f(x)\text{是}F(x)\text{的导数}\iff F(x)\text{是}f(x)\text{的原函数.} \\ &\text{对于原函数的概念,要注意两点:一是提到原函数需要指明区间,二是原函数只要存在} \\ &\text{就不是唯一的.} \\ & \\ &2.\ f(x)\text{在区间}I\text{上的不定积分是}f(x)\text{在该区间上所有原函数组成的集合.} \\ &\text{要注意概念所揭示的不定积分的本质:它是一个集合.} \\ & \\ &3.\ \text{不定积分和原函数的关系:假设}F(x)\text{是}f(x)\text{在区间}I\text{上的一个原函数,}\int f(x)dx\text{是} \\ &f(x)\text{在区间}I\text{上的不定积分,则}F(x)\in\int f(x)dx,\ \int f(x)dx=F(x)+C \\ & \\ &4.\ \text{任意常数}C\text{的运算法则:}C+C=C-C=C,\ CC=C,\ kC= \begin{cases} C,\ k\neq0 \\ 0,\ k=0 \end{cases} \end{aligned} 函数f(x)在区间I上的所有原函数组成的集合,称为f(x)在区间I上的不定积分,记作∫f(x)dx.【注】1. 原函数就是导数的反义词:f(x)是F(x)的导数⟺F(x)是f(x)的原函数.对于原函数的概念,要注意两点:一是提到原函数需要指明区间,二是原函数只要存在就不是唯一的.2. f(x)在区间I上的不定积分是f(x)在该区间上所有原函数组成的集合.要注意概念所揭示的不定积分的本质:它是一个集合.3. 不定积分和原函数的关系:假设F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数,∫f(x)dx是f(x)在区间I上的不定积分,则F(x)∈∫f(x)dx, ∫f(x)dx=F(x)+C4. 任意常数C的运算法则:C+C=C−C=C, CC=C, kC={C, k=00, k=0
基本性质
设f(x),g(x)均存在原函数,则(1) ∫[f(x)±g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx;(2) ∫kf(x)dx=k∫f(x)dx (k∈R,k≠0);(3) (∫f(x)dx)′=f(x) 或 d∫f(x)dx=f(x)dx;(4) ∫F′(x)dx=F(x)+C 或 ∫dF(x)=F(x)+C.【注】①当k=0时,∫kf(x)dx=∫0dx=C,而k∫f(x)dx=0⋅[F(x)+C]=0,两边是不相等的,所以要注意第二个公式中的k≠0.②不定积分满足线性性质. \begin{aligned} &\text{设}f(x),g(x)\text{均存在原函数,则} \\ &(1)\ \int [f(x)\pm g(x)]dx = \int f(x)dx \pm \int g(x)dx; \\ & \\ &(2)\ \int kf(x)dx = k\int f(x)dx\ (k \in R, k \neq 0); \\ & \\ &(3)\ \left( \int f(x)dx \right)' = f(x)\ \text{或}\ d\int f(x)dx = f(x)dx; \\ & \\ &(4)\ \int F'(x)dx = F(x)+C\ \text{或}\ \int dF(x) = F(x)+C. \\ & \\ &\boxed{【注】}①\text{当}k = 0\text{时,}\int kf(x)dx = \int 0dx = C\text{,而}k\int f(x)dx = 0\cdot [F(x)+C] = 0\text{,两} \\ &\text{边是不相等的,所以要注意第二个公式中的}k \neq 0. ②\text{不定积分满足线性性质.} \end{aligned} 设f(x),g(x)均存在原函数,则(1) ∫[f(x)±g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx;(2) ∫kf(x)dx=k∫f(x)dx (k∈R,k=0);(3) (∫f(x)dx)′=f(x) 或 d∫f(x)dx=f(x)dx;(4) ∫F′(x)dx=F(x)+C 或 ∫dF(x)=F(x)+C.【注】①当k=0时,∫kf(x)dx=∫0dx=C,而k∫f(x)dx=0⋅[F(x)+C]=0,两边是不相等的,所以要注意第二个公式中的k=0.②不定积分满足线性性质.
基本方法
积分公式
(1) ∫xadx=1a+1xa+1+C (a≠−1),∫1xdx=ln∣x∣+C;(2) ∫axdx=1lnaax+C (a>0且a≠1),∫exdx=ex+C;(3) ∫cosxdx=sinx+C,∫sinxdx=−cosx+C;(4) ∫sec2xdx=tanx+C,∫csc2xdx=−cotx+C;(5) ∫secxtanxdx=secx+C,∫cscxcotxdx=−cscx+C;(6) ∫11+x2dx=arctanx+C;(7) ∫11−x2dx=arcsinx+C;(8) ∫secxdx=ln∣secx+tanx∣+C,∫cscxdx=ln∣cscx−cotx∣+C;(9) ∫1a2x2+b2dx=1abarctanaxb+C,∫1b2−a2x2dx=1aarcsinaxb+C;(10) ∫dxx2±a2=ln∣x+x2±a2∣+C \begin{aligned} &(1)\ \int x^a dx = \frac{1}{a+1}x^{a+1} + C\ (a \neq -1),\quad \int \frac{1}{x}dx = \ln|x| + C; \\ & \\ &(2)\ \int a^x dx = \frac{1}{\ln a}a^x + C\ (a > 0 \text{且} a \neq 1),\quad \int e^x dx = e^x + C; \\ & \\ &(3)\ \int \cos x dx = \sin x + C,\quad \int \sin x dx = -\cos x + C; \\ & \\ &(4)\ \int \sec^2 x dx = \tan x + C,\quad \int \csc^2 x dx = -\cot x + C; \\ & \\ &(5)\ \int \sec x \tan x dx = \sec x + C,\quad \int \csc x \cot x dx = -\csc x + C; \\ & \\ &(6)\ \int \frac{1}{1+x^2} dx = \arctan x + C; \\ & \\ &(7)\ \int \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} dx = \arcsin x + C; \\ & \\ &(8)\ \int \sec x dx = \ln|\sec x + \tan x| + C,\quad \int \csc x dx = \ln|\csc x - \cot x| + C; \\ & \\ &(9)\ \int \frac{1}{a^2x^2 + b^2} dx = \frac{1}{ab}\arctan \frac{ax}{b} + C,\quad \int \frac{1}{\sqrt{b^2 - a^2x^2}} dx = \frac{1}{a}\arcsin \frac{ax}{b} + C; \\ & \\ &(10)\ \int \frac{dx}{\sqrt{x^2 \pm a^2}} = \ln\left|x + \sqrt{x^2 \pm a^2}\right| + C \end{aligned} (1) ∫xadx=a+11xa+1+C (a=−1),∫x1dx=ln∣x∣+C;(2) ∫axdx=lna1ax+C (a>0且a=1),∫exdx=ex+C;(3) ∫cosxdx=sinx+C,∫sinxdx=−cosx+C;(4) ∫sec2xdx=tanx+C,∫csc2xdx=−cotx+C;(5) ∫secxtanxdx=secx+C,∫cscxcotxdx=−cscx+C;(6) ∫1+x21dx=arctanx+C;(7) ∫1−x21dx=arcsinx+C;(8) ∫secxdx=ln∣secx+tanx∣+C,∫cscxdx=ln∣cscx−cotx∣+C;(9) ∫a2x2+b21dx=ab1arctanbax+C,∫b2−a2x21dx=a1arcsinbax+C;(10) ∫x2±a2dx=lnx+x2±a2+C
换元积分法
- 第一类换元法
设f(u)有一个原函数F(u),u=φ(x)可导,则有∫f[φ(x)]φ′(x)dx=令u=φ(x)∫f(u)du=F(u)+C=F[φ(x)]+C. \begin{aligned} &\text{设}f(u)\text{有一个原函数}F(u),u = \varphi(x)\text{可导,则有} \\ &\quad\int f[\varphi(x)]\varphi'(x)dx \stackrel{\text{令}u = \varphi(x)}{=} \int f(u)du = F(u)+C = F[\varphi(x)]+C. \end{aligned} 设f(u)有一个原函数F(u),u=φ(x)可导,则有∫f[φ(x)]φ′(x)dx=令u=φ(x)∫f(u)du=F(u)+C=F[φ(x)]+C. - 第二类换元法
设x=ψ(t)是单调,可导的函数,并且ψ′(t)≠0,设f[ψ(t)]ψ′(t)具有原函数G(t),则∫f(x)dx=x=ψ(t)∫f[ψ(t)]ψ′(t)dt=G(t)+C=G[ψ−1(x)]+C.【注】①x=ψ(t)必须存在反函数;②注意最后结果回代,用x表示. \begin{aligned} &\text{设}x = \psi(t)\text{是单调,可导的函数,并且}\psi'(t) \neq 0,\text{设}f[\psi(t)]\psi'(t)\text{具有原函数}G(t), \\ &\text{则}\int f(x)dx \stackrel{x = \psi(t)}{=} \int f[\psi(t)]\psi'(t)dt = G(t) + C = G\left[\psi^{-1}(x)\right] + C. \\ & \\ &\boxed{【注】}①x = \psi(t)\text{必须存在反函数;}②\text{注意最后结果回代,用}x\text{表示.} \end{aligned} 设x=ψ(t)是单调,可导的函数,并且ψ′(t)=0,设f[ψ(t)]ψ′(t)具有原函数G(t),则∫f(x)dx=x=ψ(t)∫f[ψ(t)]ψ′(t)dt=G(t)+C=G[ψ−1(x)]+C.【注】①x=ψ(t)必须存在反函数;②注意最后结果回代,用x表示.
分部积分法
分部积分公式:∫uv′dx=uv−∫u′vdx,或简写为∫udv=uv−∫vdu. \begin{aligned} &\text{分部积分公式:}\int uv'dx = uv - \int u'vdx\text{,或简写为}\int udv = uv - \int vdu. \end{aligned} 分部积分公式:∫uv′dx=uv−∫u′vdx,或简写为∫udv=uv−∫vdu.
对不定积分概念和性质的考查
![![[Pasted image 20251206185300.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5d56de40a1db471faeb49b2041018845.png)
f′(x)=2(x−1), f(x)=(x−1)2+C, x∈[0,2], f(0)=0, C=−1f(x)=x2−2x, x∈[0,2], f(7)=f(3)=f(−1)=−f(1)=1 \begin{aligned} &f'(x)=2(x-1),\ f(x)=(x-1)^2+C,\ x\in[0,2],\ f(0)=0,\ C=-1 \\ & \\ &f(x)=x^2-2x,\ x\in[0,2],\ f(7)=f(3)=f(-1)=-f(1)=1 \end{aligned} f′(x)=2(x−1), f(x)=(x−1)2+C, x∈[0,2], f(0)=0, C=−1f(x)=x2−2x, x∈[0,2], f(7)=f(3)=f(−1)=−f(1)=1
【小结】不定积分是有定义域的,在求原函数时,一定要指明区间。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}\text{不定积分是有定义域的,在求原函数时,一定要指明区间。} \end{aligned} 【小结】不定积分是有定义域的,在求原函数时,一定要指明区间。
![![[Pasted image 20251206185354.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b079b1ac74434fc898ce0cff2d56a8d5.png)
选B
选B
选B
【小结】1. 积分号遇到微分号,或是微分号遇到积分号,直接“湮灭”(抵消);2. 求积分要带C, 求导不用带C (原因:C求导就为0)。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}1.\ \text{积分号遇到微分号,或是微分号遇到积分号,直接“湮灭”(抵消);} \\ &2.\ \text{求积分要带}C,\ \text{求导不用带}C\ (\text{原因:}C\text{求导就为}0)。 \end{aligned} 【小结】1. 积分号遇到微分号,或是微分号遇到积分号,直接“湮灭”(抵消);2. 求积分要带C, 求导不用带C (原因:C求导就为0)。
不定积分的计算
![![[Pasted image 20251206185515.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d4b02bf377e74e7596dfb04cf22fdb79.png)
解: 令x=tant∫tant+1(1+tan2t)2dtant=∫tant+1sec4tsec2tdt=∫(sintcost+cos2t)dt=12sin2t+∫1+cos2t2dt=12sin2t+12t+sin2t4+C=12sin2t+12t+12sintcost+C=12(x1+x2)2+12t+12(x1+x2)(11+x2)+C=x2+x2(1+x2)+12arctanx+C \begin{aligned} &\text{解: 令}x = \tan t \\ &\int \frac{\tan t + 1}{(1 + \tan^2 t)^2} d\tan t = \int \frac{\tan t + 1}{\sec^4 t} \sec^2 t dt = \int (\sin t \cos t + \cos^2 t) dt \\ &= \frac{1}{2}\sin^2 t + \int \frac{1 + \cos 2t}{2} dt = \frac{1}{2}\sin^2 t + \frac{1}{2}t + \frac{\sin 2t}{4} + C \\ &= \frac{1}{2}\sin^2 t + \frac{1}{2}t + \frac{1}{2}\sin t \cos t + C \\ &= \frac{1}{2}\left( \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}} \right)^2 + \frac{1}{2}t + \frac{1}{2}\left( \frac{x}{\sqrt{1 + x^2}} \right)\left( \frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} \right) + C \\ &= \frac{x^2 + x}{2(1 + x^2)} + \frac{1}{2}\arctan x + C \end{aligned} 解: 令x=tant∫(1+tan2t)2tant+1dtant=∫sec4ttant+1sec2tdt=∫(sintcost+cos2t)dt=21sin2t+∫21+cos2tdt=21sin2t+21t+4sin2t+C=21sin2t+21t+21sintcost+C=21(1+x2x)2+21t+21(1+x2x)(1+x21)+C=2(1+x2)x2+x+21arctanx+C
=x2+1+x−12(1+x2)+12arctanx+C=x−12(1+x2)+12arctanx+C+12=x−12(1+x2)+12arctanx+C \begin{aligned} &= \frac{x^2 + 1 + x - 1}{2(1 + x^2)} + \frac{1}{2}\arctan x + C \\ &= \frac{x - 1}{2(1 + x^2)} + \frac{1}{2}\arctan x + C + \frac{1}{2}\\ &= \frac{x - 1}{2(1 + x^2)} + \frac{1}{2}\arctan x + C \end{aligned} =2(1+x2)x2+1+x−1+21arctanx+C=2(1+x2)x−1+21arctanx+C+21=2(1+x2)x−1+21arctanx+C
【小结】如果分母为(a2+x2)n,也可以考虑做变量三角代换x=atant。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}\text{如果分母为}\left(a^2 + x^2\right)^n\text{,也可以考虑做变量三角代换}x = a\tan t。 \end{aligned} 【小结】如果分母为(a2+x2)n,也可以考虑做变量三角代换x=atant。
![![[Pasted image 20251206185638.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6bae0cd1aeac4ab083592e3c1e48dfbc.png)
解: (1)法1: ∫tan3xsec2xsec2xdx=∫tan3x(1+tan2x)dtanx=14tan4x+16tan6x+C法2: ∫tan2xsec3x(tanxsecx)dx=∫(sec2x−1)sec3xdsecx=16sec6x−14sec4x+C \begin{aligned} &\text{解: (1)法1: } \int \tan^3 x \sec^2 x \sec^2 x dx \\ &= \int \tan^3 x (1 + \tan^2 x) d\tan x \\ &= \frac{1}{4}\tan^4 x + \frac{1}{6}\tan^6 x + C \\ & \\ &\text{法2: } \int \tan^2 x \sec^3 x (\tan x \sec x) dx \\ &= \int (\sec^2 x - 1) \sec^3 x d\sec x \\ &= \frac{1}{6}\sec^6 x - \frac{1}{4}\sec^4 x + C \end{aligned} 解: (1)法1: ∫tan3xsec2xsec2xdx=∫tan3x(1+tan2x)dtanx=41tan4x+61tan6x+C法2: ∫tan2xsec3x(tanxsecx)dx=∫(sec2x−1)sec3xdsecx=61sec6x−41sec4x+C
∫secxdx=∫secx(secx+tanx)secx+tanxdx=∫d(tanx+secx)secx+tanx=ln∣secx+tanx∣+C \begin{aligned} \int \sec x dx &= \int \frac{\sec x (\sec x + \tan x)}{\sec x + \tan x} dx \\ &= \int \frac{d(\tan x + \sec x)}{\sec x + \tan x} \\ &= \ln|\sec x + \tan x| + C \end{aligned} ∫secxdx=∫secx+tanxsecx(secx+tanx)dx=∫secx+tanxd(tanx+secx)=ln∣secx+tanx∣+C
(2) ∫sec3xdx=∫secxsec2xdx=∫secxdtanx=secxtanx−∫tanxdsecx=secxtanx−∫secxtan2xdx=secxtanx−∫secx(sec2x−1)dx=secxtanx−∫sec3xdx+∫secxdx∫sec3xdx=12secxtanx+12∫secxdx=12secxtanx+12ln∣secx+tanx∣+C \begin{aligned} &(2)\ \int \sec^3 x dx \\ &= \int \sec x \sec^2 x dx \\ &= \int \sec x d\tan x \\ &= \sec x \tan x - \int \tan x d\sec x \\ &= \sec x \tan x - \int \sec x \tan^2 x dx \\ &= \sec x \tan x - \int \sec x (\sec^2 x - 1) dx \\ &= \sec x \tan x - \int \sec^3 x dx + \int \sec x dx \\ & \\ &\int \sec^3 x dx = \frac{1}{2}\sec x \tan x + \frac{1}{2}\int \sec x dx \\ &= \frac{1}{2}\sec x \tan x + \frac{1}{2}\ln|\sec x + \tan x| + C \end{aligned} (2) ∫sec3xdx=∫secxsec2xdx=∫secxdtanx=secxtanx−∫tanxdsecx=secxtanx−∫secxtan2xdx=secxtanx−∫secx(sec2x−1)dx=secxtanx−∫sec3xdx+∫secxdx∫sec3xdx=21secxtanx+21∫secxdx=21secxtanx+21ln∣secx+tanx∣+C
∫sec5xdx=∫sec3xdtanx=sec3xtanx−∫tanx⋅3sec2x⋅secxtanxdx=sec3xtanx−3∫sec3x(sec2x−1)dx∫sec5xdx=14sec3xtanx+34∫sec3xdx \begin{aligned} \int \sec^5 x dx &= \int \sec^3 x d\tan x \\ &= \sec^3 x \tan x - \int \tan x \cdot 3\sec^2 x \cdot \sec x \tan x dx \\ &= \sec^3 x \tan x - 3\int \sec^3 x (\sec^2 x - 1) dx \\ & \\ \int \sec^5 x dx &= \frac{1}{4}\sec^3 x \tan x + \frac{3}{4}\int \sec^3 x dx \end{aligned} ∫sec5xdx∫sec5xdx=∫sec3xdtanx=sec3xtanx−∫tanx⋅3sec2x⋅secxtanxdx=sec3xtanx−3∫sec3x(sec2x−1)dx=41sec3xtanx+43∫sec3xdx
(3) ∫tan2xsec3xdx=∫(sec2x−1)sec3xdx=∫(sec5x−sec3x)dx=14sec3xtanx−14∫sec3xdx=14sec3xtanx−18secxtanx−18ln∣secx+tanx∣+C \begin{aligned} &(3)\ \int \tan^2 x \sec^3 x dx \\ &= \int (\sec^2 x - 1)\sec^3 x dx \\ &= \int (\sec^5 x - \sec^3 x) dx \\ &= \frac{1}{4}\sec^3 x \tan x - \frac{1}{4}\int \sec^3 x dx \\ &= \frac{1}{4}\sec^3 x \tan x - \frac{1}{8}\sec x \tan x - \frac{1}{8}\ln|\sec x + \tan x| + C \end{aligned} (3) ∫tan2xsec3xdx=∫(sec2x−1)sec3xdx=∫(sec5x−sec3x)dx=41sec3xtanx−41∫sec3xdx=41sec3xtanx−81secxtanx−81ln∣secx+tanx∣+C
【小结】对于形如∫tanmxsecnxdx的三角有理式积分,可以按照如下方法计算:1. 如果m为奇数或n为偶数,则可以按照如下方法凑微分:若m=2k+1,则∫tan2k+1xsecnxdx=∫tan2kxsecn−1xtanxsecxdx=∫(sec2x−1)ksecn−1xdsecx;若n=2k,则∫tanmxsec2kxdx=∫tanmxsec2k−2xsec2xdx=∫tanmx(tan2x+1)k−1dtanx。2. 对于m为偶数且n为奇数,则可以按如下方法计算:若m=0,则通过分部积分对secx降次:∫sec2k+1xdx=∫sec2k−1xsec2xdx=∫sec2k−1xdtanx=tanxsec2k−1x−∫tanxdsec2k−1x=tanxsec2k−1x−(2k−1)∫sec2k−1xtan2xdx=tanxsec2k−1x−(2k−1)∫sec2k+1xdx+(2k−1)∫sec2k−1xdx若m=2l,则将tan2lx写成(sec2x−1)l,再将括号打开,将原式化为若干个secx的奇数次幂的积分再进行计算。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}\text{对于形如}\int \tan^m x \sec^n x dx\text{的三角有理式积分,可以按照如下方法计算:} \\ &1.\ \text{如果}m\text{为奇数或}n\text{为偶数,则可以按照如下方法凑微分:} \\ &\text{若}m = 2k+1\text{,则} \\ &\quad\int \tan^{2k+1}x \sec^n x dx = \int \tan^{2k}x \sec^{n-1}x \tan x \sec x dx = \int \left( \sec^2 x - 1 \right)^k \sec^{n-1}x d\sec x; \\ &\text{若}n = 2k\text{,则} \\ &\quad\int \tan^m x \sec^{2k}x dx = \int \tan^m x \sec^{2k-2}x \sec^2 x dx = \int \tan^m x \left( \tan^2 x + 1 \right)^{k-1} d\tan x。 \\ & \\ &2.\ \text{对于}m\text{为偶数且}n\text{为奇数,则可以按如下方法计算:} \\ &\text{若}m = 0\text{,则通过分部积分对}\sec x\text{降次:} \\ &\quad\begin{aligned} \int \sec^{2k+1}x dx &= \int \sec^{2k-1}x \sec^2 x dx \\ &= \int \sec^{2k-1}x d\tan x \\ &= \tan x \sec^{2k-1}x - \int \tan x d\sec^{2k-1}x \\ &= \tan x \sec^{2k-1}x - (2k - 1)\int \sec^{2k-1}x \tan^2 x dx \\ &= \tan x \sec^{2k-1}x - (2k - 1)\int \sec^{2k+1}x dx + (2k - 1)\int \sec^{2k-1}x dx \end{aligned} \\ & \\ &\text{若}m = 2l\text{,则将}\tan^{2l}x\text{写成}\left( \sec^2 x - 1 \right)^l\text{,再将括号打开,将原式化为若干个}\sec x\text{的奇} \\ &\text{数次幂的积分再进行计算。} \end{aligned} 【小结】对于形如∫tanmxsecnxdx的三角有理式积分,可以按照如下方法计算:1. 如果m为奇数或n为偶数,则可以按照如下方法凑微分:若m=2k+1,则∫tan2k+1xsecnxdx=∫tan2kxsecn−1xtanxsecxdx=∫(sec2x−1)ksecn−1xdsecx;若n=2k,则∫tanmxsec2kxdx=∫tanmxsec2k−2xsec2xdx=∫tanmx(tan2x+1)k−1dtanx。2. 对于m为偶数且n为奇数,则可以按如下方法计算:若m=0,则通过分部积分对secx降次:∫sec2k+1xdx=∫sec2k−1xsec2xdx=∫sec2k−1xdtanx=tanxsec2k−1x−∫tanxdsec2k−1x=tanxsec2k−1x−(2k−1)∫sec2k−1xtan2xdx=tanxsec2k−1x−(2k−1)∫sec2k+1xdx+(2k−1)∫sec2k−1xdx若m=2l,则将tan2lx写成(sec2x−1)l,再将括号打开,将原式化为若干个secx的奇数次幂的积分再进行计算。
![![[Pasted image 20251206185820.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/8fa6b7788f34495ea2db18f6f72ab373.png)
解: 令t=2−xx, x=2t2+1则原式=∫ln(1+t)d(2t2+1−1)=ln(1+t)(2t2+1−1)−∫11+t⋅(2t2+1−1)dt=ln(1+t)⋅1−t2t2+1−∫11+t⋅1−t2t2+1dt=ln(1+t)1−t2t2+1+∫t−1t2+1dt=ln(1+t)1−t2t2+1+12ln(t2+1)−12arctant+C=ln(1+2−xx)(x−1)+12ln2x−12arctan2−xx+C \begin{aligned} &\text{解: 令}t = \sqrt{\frac{2 - x}{x}},\ x = \frac{2}{t^2 + 1} \\ &\text{则原式} = \int \ln(1 + t) d\left( \frac{2}{t^2 + 1} - 1 \right) = \ln(1 + t)\left( \frac{2}{t^2 + 1} - 1 \right) - \int \frac{1}{1 + t} \cdot \left( \frac{2}{t^2 + 1} - 1 \right) dt \\ &= \ln(1 + t) \cdot \frac{1 - t^2}{t^2 + 1} - \int \frac{1}{1 + t} \cdot \frac{1 - t^2}{t^2 + 1} dt = \ln(1 + t)\frac{1 - t^2}{t^2 + 1} + \int \frac{t - 1}{t^2 + 1} dt \\ &= \ln(1 + t)\frac{1 - t^2}{t^2 + 1} + \frac{1}{2}\ln(t^2 + 1) - \frac{1}{2}\arctan t + C \\ &= \ln\left( 1 + \sqrt{\frac{2 - x}{x}} \right)(x - 1) + \frac{1}{2}\ln\frac{2}{x} - \frac{1}{2}\arctan\sqrt{\frac{2 - x}{x}} + C \end{aligned} 解: 令t=x2−x, x=t2+12则原式=∫ln(1+t)d(t2+12−1)=ln(1+t)(t2+12−1)−∫1+t1⋅(t2+12−1)dt=ln(1+t)⋅t2+11−t2−∫1+t1⋅t2+11−t2dt=ln(1+t)t2+11−t2+∫t2+1t−1dt=ln(1+t)t2+11−t2+21ln(t2+1)−21arctant+C=ln(1+x2−x)(x−1)+21lnx2−21arctanx2−x+C
【小结】运用分部积分法在计算dv时,往往需要结合简单的凑微分的技巧。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}\text{运用分部积分法在计算}dv\text{时,往往需要结合简单的凑微分的技巧。} \end{aligned} 【小结】运用分部积分法在计算dv时,往往需要结合简单的凑微分的技巧。
![![[Pasted image 20251206185849.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/aa00bf3e586f492bab6776a9f0053dd1.png)
解: ∫e2x(tan2x+2tanx+1)dx=∫e2x(sec2x+2tanx)dx=∫(e2x(tanx)′+(e2x)′tanx)dx=∫(e2xtanx)′dx=e2xtanx+C \begin{aligned} &\text{解: } \int e^{2x}(\tan^2 x + 2\tan x + 1)dx \\ &= \int e^{2x}(\sec^2 x + 2\tan x)dx \\ &= \int \left( e^{2x}(\tan x)' + (e^{2x})'\tan x \right)dx \\ &= \int (e^{2x}\tan x)'dx = e^{2x}\tan x + C \end{aligned} 解: ∫e2x(tan2x+2tanx+1)dx=∫e2x(sec2x+2tanx)dx=∫(e2x(tanx)′+(e2x)′tanx)dx=∫(e2xtanx)′dx=e2xtanx+C
![![[Pasted image 20251206185858.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b943f53d5f4345aaaeaf542e1b202740.png)
解: ∫ex(x−1)2(1+x2)2dx=∫ex(x2+1)−ex⋅2x(1+x2)2dx=∫(ex)′⋅(x2+1)−ex⋅(x2+1)′(1+x2)2dx=∫(exx2+1)′dx=exx2+1+C \begin{aligned} &\text{解: } \int \frac{e^x(x-1)^2}{(1+x^2)^2}dx \\ &= \int \frac{e^x(x^2+1) - e^x \cdot 2x}{(1+x^2)^2}dx \\ &= \int \frac{(e^x)' \cdot (x^2+1) - e^x \cdot (x^2+1)'}{(1+x^2)^2}dx \\ &= \int \left( \frac{e^x}{x^2+1} \right)'dx = \frac{e^x}{x^2+1} + C \end{aligned} 解: ∫(1+x2)2ex(x−1)2dx=∫(1+x2)2ex(x2+1)−ex⋅2xdx=∫(1+x2)2(ex)′⋅(x2+1)−ex⋅(x2+1)′dx=∫(x2+1ex)′dx=x2+1ex+C
【小结】当被积函数比较复杂,难于直接计算时,可以考虑将被积函数分成两部分,凑成uv′+u′v,再直接运用公式∫(uv′+u′v)dx=uv+C来进行计算。 \begin{aligned} &\boxed{【小结】}\text{当被积函数比较复杂,难于直接计算时,可以考虑将被积函数分成两部分,凑} \\ &\text{成}uv'+u'v\text{,再直接运用公式}\int (uv'+u'v)dx = uv + C\text{来进行计算。} \end{aligned} 【小结】当被积函数比较复杂,难于直接计算时,可以考虑将被积函数分成两部分,凑成uv′+u′v,再直接运用公式∫(uv′+u′v)dx=uv+C来进行计算。
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