一些常见的积分

本文介绍了多种积分技巧,包括凑微分、分布积分等方法,并通过具体例题展示如何解决复杂积分问题。此外还讨论了定积分与无穷级数的关系及特殊积分的应用。

凑微分类

∫0+∞e−xdx=−e−t∣0+∞=e−0−e−∞=1所以∫0+∞e−λxdx=1λ \int_0^{+\infty}e^{-x}dx=-e^{-t}|_0^{+\infty}=e^{-0}-e^{^{-\infty}}=1 所以 \int_0^{+\infty}e^{-λx}dx=\frac{1}{λ}0+exdx=et0+=e0e=10+eλxdx=λ1

∫a2−r2rdr=12∫a2−r2dr2=−12∫a2−r2d(a2−r2)=−1223(a2−r2)32+C \int \sqrt{a^2-r^2}rdr=\frac{1}{2}\int \sqrt{a^2-r^2}dr^2=-\frac{1}{2}\int \sqrt{a^2-r^2}d(a^2-r^2)=-\frac{1}{2}\frac{2}{3}(a^2-r^2)^{\frac{3}{2}}+Ca2r2rdr=21a2r2dr2=21a2r2d(a2r2)=2132(a2r2)23+C

∫1−x21+x4dx=∫1x2−11x2+x2dx=∫d(−1x−x)(−1x−x)2+2\int \frac{1-x^2}{1+x^4}dx=\int \frac{ \frac{1}{x^2}-1}{\frac{1}{x^2}+x^2}dx=\int \frac{ d(-\frac{1}{x}-x)}{(-\frac{1}{x}-x)^2+2 } 1+x41x2dx=x21+x2x211dx=(x1x)2+2d(x1x)

分布积分类

∫lnx∗x2dx=lnx∗x33−∫1xx33dx=lnx∗x33−13x33+C\int lnx*x^2dx=lnx*\frac{x^3}{3} -\int\frac{1}{x}\frac{x^3}{3}dx=lnx*\frac{x^3}{3} -\frac{1}{3}\frac{x^3}{3}+Clnxx2dx=lnx3x3x13x3dx=lnx3x3313x3+C
∫xexdx=(x−1)ex+C\int xe^xdx=(x-1)e^x+Cxexdx=(x1)ex+C
∫x2exdx=(x2−2x+2)ex+C\int x^2e^xdx=(x^2-2x+2)e^x+Cx2exdx=(x22x+2)ex+C
∫x3exdx=(x3−3x2+6x−6)ex+C\int x^3e^xdx=(x^3-3x^2+6x-6)e^x+Cx3exdx=(x33x2+6x6)ex+C

其他

∫a2−x2da,x=asint,dx=acosta2∫cos2tdt=a22∫(1+cos2y)dy=a22(y+12∫(cos2t)d(2t))==a22(y+sin2t)\int\sqrt{a^2-x^2}da, x=asint,dx=acost\\ a^2\int cos^2t dt=\frac{a^2}{2}\int (1+cos2y)dy\\ =\frac{a^2}{2}(y+\frac{1}{2}\int (cos2t)d(2t))==\frac{a^2}{2}(y+sin2t)a2x2da,x=asint,dx=acosta2cos2tdt=2a2(1+cos2y)dy=2a2(y+21(cos2t)d(2t))==2a2(y+sin2t)

其他

∫1a2−x2dx直接分解,或者三角代换=∫12a(1a−x+1a+x)dx=12a(ln∣x+a∣+ln∣a−x∣)=12aln∣x+ax−a∣+c\int \frac{1}{a^2-x^2}dx 直接分解,或者三角代换 \\ =\int \frac{1}{2a} (\frac{1}{a-x}+\frac{1}{a+x})dx=\frac{1}{2a} (ln|x+a|+ln|a-x|)=\frac{1}{2a}ln|\frac{x+a}{x-a}|+c a2x21dx=2a1(ax1+a+x1)dx=2a1(lnx+a+lnax)=2a1lnxax+a+c

其他

∫1ax2+bx+cdx不能分解时加常数,凑arctanx\int \frac{1}{ax^2+bx+c}dx不能分解时加常数,凑arctanx ax2+bx+c1dx,arctanx
∫x1+x3dx=∫x(1+x)(1−x+x2)dx\int \frac{x}{1+x^3}dx=\int \frac{x}{(1+x)(1-x+x^2)}dx 1+x3xdx=(1+x)(1x+x2)xdx

其他

一次方和三次方比较好化简∫x31+x4dx=14∫dx41+x4∫x1+x4=12∫dx21+(x2)2一次方和三次方比较好化简\int \frac{x^3}{1+x^4}dx=\frac{1}{4}\int \frac{dx^4}{1+x^4} \\ \int \frac{x}{1+x^4} =\frac{1}{2}\int \frac{dx^2}{1+(x^2)^2} 1+x4x3dx=411+x4dx41+x4x=211+(x2)2dx2

A=∫x2+11+x4dx=12arctan(x2−12x)+CA=\int \frac{x^2+1}{1+x^4}dx=\frac{1}{\sqrt{2}} arctan(\frac{x^2-1}{\sqrt{2}x})+CA=1+x4x2+1dx=21arctan(2xx21)+C
B=∫x2−11+x4dx=122ln∣x2−2x+1x2+2x+1∣+CB=\int \frac{x^2-1}{1+x^4}dx=\frac{1}{2\sqrt{2}} ln|\frac{x^2-\sqrt{2}x+1}{x^2+\sqrt{2}x+1}|+C B=1+x4x21dx=221lnx2+2x+1x22x+1+C
∫11+x4用组合积分法=12(A−B)\int \frac{1}{1+x^4}用组合积分法=\frac12(A-B)\\ 1+x41=21(AB)

"定"积分与无穷级数

∑1nf(in)∗1n=∫01f(x)dx比如limn→+∞∑1n1i+n=∑1n11n+1∗1n=∫011x+1dx\sum_1^n f(\frac{i}{n})*\frac{1}{n}=\int_0^1 f(x)dx\\ 比如lim_{n\rightarrow +\infty} \sum_1^n \frac{1}{i+n}=\sum_1^n \frac{1}{\frac{1}{n}+1}*\frac{1}{n}=\int_0^1 \frac{1}{x+1}dx1nf(ni)n1=01f(x)dxlimn+1ni+n1=1nn1+11n1=01x+11dx

定积分

∫0πxf(sinx)dx=π2∫0πf(sinx)dx(用区间再现构造方程直接解出目标积分呢) \int_0^{\pi} xf(sinx)dx=\frac{\pi}{2}\int_0^{\pi} f(sinx)dx(用区间再现构造方程直接解出目标积分呢) 0πxf(sinx)dx=2π0πf(sinx)dx()

∫0到π2华理式公式\int 0到 \frac{\pi}{2}华理式公式02π


计算I=∫0πxsinnxdx∫0πxf(sinx)dx=π2∫0πf(sinx)dx 计算I=\int_0^{\pi}xsin^nxdx\\ \int_0^{\pi}xf(sinx)dx=\frac{\pi}{2} \int_0^{\pi} f(sinx) dx I=0πxsinnxdx0πxf(sinx)dx=2π0πf(sinx)dx


在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

[0,π],sinn(x)总是关于x=π2对称∫0πsinnxdx=2∫0π2sinnxdx∫0πcosnxdx={0    ,  n为奇数2∫0π2cosnxdx    ,    n为偶数 [0,\pi],sin^n(x)总是关于x=\frac{\pi}{2}对称\\ \int_0^{\pi}sin^nxdx=2\int_0^{\frac{\pi}{2}}sin^nxdx\\ \int_0^{\pi}cos^nxdx=\left\{\begin{array}{l}0\;\;,\;n\mathrm{为奇数}\\2\int_0^\frac\pi2cos^nxdx\;\;,\;\;n\mathrm{为偶数}\end{array}\right.\\ [0,π],sinn(x)x=2π0πsinnxdx=202πsinnxdx0πcosnxdx={0,n202πcosnxdx,n

给定引用未提及积分运放常见的几种电路类型的相关内容,不过一般而言,积分运放常见的电路类型有以下几种: ### 基本积分电路 这是最基础的积分运放电路,由一个运算放大器、一个输入电阻 \(R\) 和一个反馈电容 \(C\) 组成。其输出电压 \(V_{out}\) 与输入电压 \(V_{in}\) 的积分成正比,表达式为 \(V_{out}=-\frac{1}{RC}\int_{0}^{t}V_{in}dt + V_{out}(0)\),其中 \(RC\) 为时间常数,负号表示输出与输入反相。 ### 反相积分电路 反相积分电路中,输入信号加在运放的反相输入端,输出信号与输入信号反相。它同样基于基本的积分原理,通过电容的充电和放电过程来实现积分运算。 ### 同相积分电路 与反相积分电路不同,同相积分电路的输入信号加在运放的同相输入端。该电路的输出信号与输入信号同相,不过其电路结构和分析相对复杂一些,通常需要引入更多的电阻来构成合适的反馈网络。 ### 有源积分电路 有源积分电路是在基本积分电路的基础上增加了一些有源元件(如其他运放),以改善电路的性能,如提高输入阻抗、降低输出阻抗、扩展带宽等。 ### 带复位功能的积分电路 在某些应用中,需要对积分结果进行复位操作,这时就会使用带复位功能的积分电路。通过控制复位开关,可以在需要时将电容上的电荷释放,使积分结果清零。 ```python # 以下是一个简单的 Python 代码示例,用于模拟基本积分电路的输出 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义参数 R = 1e3 # 输入电阻 (Ω) C = 1e-6 # 反馈电容 (F) RC = R * C # 时间常数 t = np.linspace(0, 1, 1000) # 时间范围 (s) V_in = np.ones_like(t) # 输入电压为恒定值 1V # 计算积分结果 V_out = - (1 / RC) * np.cumsum(V_in) * (t[1] - t[0]) # 绘制输入输出波形 plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.subplot(2, 1, 1) plt.plot(t, V_in, label='Input Voltage') plt.title('Input Voltage') plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Voltage (V)') plt.legend() plt.subplot(2, 1, 2) plt.plot(t, V_out, label='Output Voltage') plt.title('Output Voltage of Integrator') plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Voltage (V)') plt.legend() plt.tight_layout() plt.show() ```
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