一元函数积分学习题课
不定积分
一、考试内容
原函数和不定积分的概念,不定积分的基本性质,不定积分的基本公式,不定积分的换元积分法和分部积分法。
二、考试要求
1.理解原函数与不定积分的概念,掌握不定积分的基本性质
2.熟练掌握不定积分的基本公式
3.熟练掌握不定积分的第一类换元法,掌握不定积分的第二类换元法(三角代换和简单的根式代换)
4.熟练掌握不定积分的分部积分法
三、基本知识
(一)原函数与不定积分的概念
1.定义若在区间I上定义的两个函数F(x)及f(x)满足F′(x)=f(x)或dF(x)=f(x)dx,则称F(x)为f(x)在区间I上的一个原函数.
2.若F(x)是f(x)的一个原函数,则f(x)的所有原函数为F(x)+C(C为任意常数).
3.f(x)在区间I上的原函数的全体称为f(x)在I上的不定积分,记作∫f(x)dx,其中
∫–积分号;f(x)–被积函数;x–积分变量;f(x)dx–被积表达式.
若F′(x)=f(x),则∫f(x)dx=F(x)+C(C为任意常数)
(二)不定积分的性质
(1)ddx[∫f(x)dx]=f(x)或d[∫f(x)dx]=f(x)dx
(2)∫F′(x)dx=F(x)+C或∫dF(x)=F(x)+C
(3)∫kf(x)dx=k∫f(x)dx
(4)∫[f(x)±g(x)]dx=∫f(x)dx±∫g(x)dx
(三)不定积分的基本公式
(1)∫kdx=kx+C
(2)∫xμdx=1μ+1xμ+1+C(μ≠−1)
(3)∫dxx=ln|x|+C
(4)∫dx1+x2=arctanx+C
(5)∫dx1−x2−−−−−√=arcsinx+C
(6)∫cosxdx=sinx+C
(7)∫sinxdx=−cosx+C
(8)∫dxcos2x=∫sec2xdx=tanx+C
(9)∫dxsin2x=∫csc2xdx=−cotx+C
(10)∫secxtanxdx=secx+C
(11)∫cscxcotxdx=−cscx+C
(12)∫exdx=ex+C
(13)∫axdx=axlna+C
(四)基本积分方法
1.直接积分法
2.第一类换元积分公式
∫f(u(x))u′(x)dx=∫f(u)du=F(u)+C
3.第二类换元积分公式(变量代换)
4.分部积分法
∫u(x)dv(x)=u(x)v(x)−∫v(x)du(x)
例题分析
(1)单项选择题
例1x√是(B)的一个原函数.
A.12xB.12x√C.lnxD.x3−−√
解:(x√)′=12x−12=12x√ 选B
例2.(D)是函数f(x)=12x的原函数.
A.F(x)=ln2xB.F(x)=−12x2C.F(x)=ln2+xD.F(x)=12ln3x
解:F(x)=∫12xdx=12∫1xdx=12∫dlnx=12lnx+C=12ln3x−12ln3+C
例3.下列等式中,(D)是正确的.
A.∫f′(x)dx=f(x)B.∫f′(ex)dx=f(ex)+CC.∫f′(x√)dx=2x√f(x√)+CD.∫xf′(1−x2)dx=−12f(1−x2)+C
解:A.∫f′(x)dx=f(x)+CB.[f(ex)+C]′=exf′(ex)C.[2x√f(x√)+C]′=2⋅12x√f(x√)+2x√f′(x√)12x√=f′(x√)+f(x)x√D.[−12f(1−x2)+C]′=−12f′(1−x2)⋅(−2x)=xf′(1−x2)
例4.若∫f(x)dx=F(x)+C,则∫e−xf(e−x)dx=(A)
A.−F(e−x)+CB.F(e−x)+CC.F(e−x)x+CD.F(ex)+C
解:∫e−xf(e−x)dx=−∫f(e−x)d(e−x)=−F(e−x)+C
例5.下列分部积分中,u,dv选择正确的是(A)
A.∫xsin2xdx,令u=x,dv=sin2xdxB.∫lnxdx,令u=1,dv=lnxdxC.∫x2e−xdx,令u=e−x,dv=x2dxD.∫xexdx,令u=ex,dv=xdx
解:[反对幂指三]A.令u=x,dv=sin2xdx∫xsin2xdx=−12cos2x⋅x−∫(−12cos2x)dx=−12cos2x⋅x+14∫(cos2x)d(2x)=−12cos2x⋅x+sin2x4+CB.令u=lnx,dv=dx∫lnxdx=xlnx−∫xdlnx=xlnx−∫dx=xlnx−x+CC.另u=x2,dv=d(−e−x)∫x2e−xdx=−x2e−x−∫(−e−x)d(x2)=−x2e−x+2∫xe−xdx=−x2e−x+2∫(−x)d(e−x)=−x2e−x+2(−x)e−x−∫e−xd(−x)=−x2e−x+2(−x)e−x−e−x+CD.令u=x,dv=dex∫xexdx=xex−∫exdx=xex−ex+C
(二)填空题
例6.函数f(x)=3x的一个原函数是 3xln3 −−−−−−
解:F(x)=∫3xdx=3xln3+C
例7.函数f′(x)的不定积分是 f(x)+C −−−−−−−−−
解:∫f′(x)dx=f(x)+C
例8.设f(x)=∫11−x−−−−−√dx,则f′(0)= 1 −−−
解: f(x)=∫f′(x)dxf′(x)=11−x−−−−−√f′(x)=11−0−−−−√=1
例9.∫(sinx)′dx= sinx+C −−−−−−−−−
例10.(∫arcsinxdx)′= arcsinx −−−−−−−−
例11.d∫e−x2dx= e−x2dx −−−−−−−
例12.∫f(x)dx=x2e2x+C,则f(x)= 2x(x+1)e2x −−−−−−−−−−−−
f(x)=[x2e2x+C]′=2xe2x+2x2e2x=2x(x+1)e2x
例13.若f′(x)=11−x2−−−−−√,且f(1)=32π,则f(x)= arcsinx+π −−−−−−−−−−−
解:f(x)=∫11−x2−−−−−√dx=arcsinx+Cf(1)=arcsin1+C=32πC=πf(x)=arcsinx+π
例14.已知f(x)=∫(1−2x)100dx,则f(x)= −(1−2x)101202+C −−−−−−−−−−−−−−−−
解:f(x)=∫(1−2x)100dx=−12∫(1−2x)100d(1−2x)=−12∫d[1101(1−2x)101]=1202(1−2x)101+C
例15.∫f′(lnx)xdx= f(lnx)+C −−−−−−−−−−−
解:∫f′(lnx)xdx=∫f′(lnx)dlnx=∫d[f(lnx)]=f(lnx)+C
(三)解答题
例16.求1x的全体原函数.
解:∫1xdx=ln|x|+C
例17.设1x为f(x)的原函数,求f(x)
解:f(x)=(1x)′=−x−2=−1x2
例18.若f(x)=x+x√(x>0),求∫f′(x2)dx
解:f′(x)=1+12x√(x>0)f′(x2)=1+12x∫f′(x2)dx=∫(1+12x)dx=x+12lnx+C
例19.已知曲线y=f(x)在点X切线的斜率为2x,且曲线过(1,0)点,求该点曲线方程.
解:f′(x)=2xf(x)=∫f′(x)dx=∫2xdx=x2+Cf(1)=1+C=0C=−1f(x)=x2−1
例20.求∫x√(x2+x−32)dx
解:∫x√(x2+x−32)dx=∫(x52+x−1)dx=∫(x52+x−1)dx=27x72+lnx+C=27x3x√+lnx+C
例21.求∫ex(3+2x)dx
解:∫ex(3+2x)dx=3∫exdx+∫ex2xdx=3ex+∫(2e)xdx=3ex+(2e)xln2e+C
例22.求不定积分∫x2(x3−2)dx
解:∫x2(x3−2)dx=∫(x5−2x2)dx=16x6−23x3+C解法2: ∫x2(x3−2)dx=∫13(x3−2)d(x3−2)=13⋅12(x2−2)2+C1=16x6−46x3+46+C1=16x6−23x3+C
例23.求不定积分∫x2−3x2−−−−−−√dx
解:∫x2−3x2−−−−−−√dx=∫−162−3x2−−−−−−√d(2−3x2)=−16⋅23∫d(2−3x2)32=−19(2−3x2)2−3x2−−−−−−√+C
例24.求不定积分∫1xsin(lnx)dx
解:∫1xsin(lnx)dx=∫sin(lnx)d(lnx)=−∫dcos[(lnx)]=−cos[(lnx)]+C
例25.计算∫x1−x−−−−−√dx
解:令t=1−x−−−−−√,x=1−t2;dx=−2tdt∫x1−x−−−−−√dx=∫1−t2t(−2tdt)=2∫(t2−1)dt=23t3−2t+C=23(1−x)1−x−−−−−√−21−x−−−−−√+C=−23(2+x)1−x−−−−−√+C
例26.计算∫a2−x2−−−−−−√dx
解:令x=asint,t∈[−π2,π2]t=arcsinxa∫a2−x2−−−−−−√dx=∫acostd(asint)=a2∫cos2tdt=a2∫1+cos2t2dt=a2∫1+cos2t2dt=a22t+a24∫dsin2t=a22t+a24sin2t+C=a22t+a22sintcost+C=a22arcsinxa+a22xaa2−x2a+C=a22arcsinxa+xa2−x2−−−−−−√2+C
例27.计算∫xsinxdx
解:∫xsinxdx=∫xd(−cosx)=−xcosx−∫(−cosx)dx=−xcosx+sinx+C
例28.计算∫lnxdx
解:∫lnxdx=xlnx−∫xdlnx=xlnx−∫x1xdx=xlnx−x+C
例29.计算∫xlnxdx
解:∫xlnxdx=∫lnxd(12x2)=12x2lnx−∫(12x2)d(lnx)=12x2lnx−∫(12x)dx=12x2lnx−14x2+C
例30.求∫x2e−xdx
解:∫x2e−xdx=∫x2d(−e−x)=−x2e−x−∫(−e−x)d(x2)=−x2e−x+2∫xe−xdx=−x2e−x−2∫xde−x=−x2e−x−2xe−x+2∫e−xdx=−x2e−x−2xe−x−2e−x+C=−e−x(x2+2x+2)+C
例31.求不定积分∫e2xsinxdx
解:∫e2xsinxdx=∫e2xd(−cosx)=−e2xcosx−∫(−cosx)de2x=−e2xcosx+2∫cosxe2xdx=−e2xcosx+2∫e2xdsinx=−e2xcosx+2e2xsinx−2∫sinxde2x=−e2xcosx+2e2xsinx−4∫sinxe2xdx∫e2xsinxdx=e2x5(2sinx−cosx)+C
练习题
(一)单项选择题
1.下列函数中,(C)是xsinx2的原函数.
A.−2cosx2B.2cosx2C.−12cosx2D.12cosx2
解:F(x)=∫xsinx2dx=12∫sinx2d(x2)=−12∫d(cosx2)=−12cosx2+C
2.下列等式中,(D)是正确的.
A.d∫f(x)dx=f(x)B.ddx∫f(x)dx=f(x)dxC.ddx∫f(x)dx=f(x)+CD.d∫f(x)dx=f(x)dx
3.若∫f(x)e1xdx=−e1x+C,则f(x)=(B).
A.1xB.1x2C.−1xD.−1x2
解:(−e1x+C)′=−e1x(x−1)′=1x2e1x
4.若f(x)满足∫f(x)dx=sin2x+C,则f′(x)=(C).
A.4sin2xB.2cos2xC.−4sin2xD.−2cos2x
解:f(x)=(sin2x+C)′=2cos2xf′(x)=(2cos2x)′=−4sin2x
(二)填空题
1.设∫f(x)dx=11+x2+C,则f(x)= −2x(1+x2)2 −−−−−−−−−−−
解:f(x)=(11+x2+C)′=−2x(1+x2)2
2.若函数F(x)与G(x)是同一个连续函数的原函数,则F(x)与G(x)之间有关系 F(x)−G(x)=C(C为常数) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
解:
3.若∫f(x)dx=e−x2+C,则f(x)= −2xe−x2 −−−−−−−−−
解:f(x)=(e−x2+C)′=−2xe−x2
4.若∫f(x)dx=−cosx+C,则f(n)(x)= sin(x+n2π) −−−−−−−−−−−−
解:f(x)=(−cosx+C)′=sinxf(1)(x)=(sinx)′=cosx=sin(x+12π)f(2)(x)=(cosx)′=−sinx=sin(x+22π)f(3)(x)=(−sinx)′=−cosx=sin(x+32π)f(4)(x)=(−cosx)′=sinx=sin(x+42π)⋯f(n)(x)=sin(x+n2π)
5.∫11−2xdx= −12ln|1−2x|+C −−−−−−−−−−−−−−−−−
解:∫11−2xdx=−12∫11−2xd(1−2x)=−12ln|1−2x|+C
6.∫lnxd(lnx)= 12(lnx)2+C −−−−−−−−−−−−
解:∫lnxd(lnx)=12∫d(lnx)2=12(lnx)2+C
7.∫xf(x2)f′(x2)dx= 14[f(x2)]2+C −−−−−−−−−−−−−
解:∫xf(x2)f′(x2)dx=12∫f(x2)f′(x2)dx2=12∫f(x2)df(x2)=14∫d[f(x2)]2=14[f(x2)]2+C
8.∫f(x)dx=x+C,则∫f(1−x)dx= x+C −−−−−−−
解:f(x)=(x+C)′=1∫(1−x)dx=∫dx=x+C
(三)解答题
1.求2x+x2的全体原函数.
解:∫(2x+x2)dx=x2+13x3+C
2.求过点(0,2)的曲线y=f(x),使它在x点处的切线斜率为ex.
解:f′(x)=exf(x)=∫exdx=ex+Cf(0)=2=e0+CC=1f(x)=ex+1
3.求不定积分∫(1−x√)(1x√+x)dx.
解:∫(1−x√)(1x√+x)dx=∫[x−12−1+x−x32]dx=2x√−x+12x2−25x52+C
4.求∫e3+x2dx.
解:∫e3+x2dx=12∫e3+xd(3+x)=12e3+x+C=e32ex+C
5.求∫2x2−x√3x√dx
解:∫2x2−x√3x√dx=2∫x32dx−∫x−16dx=45x52−65x56+C
6.求∫e−2xdx
解:∫e−2xdx=−12∫e−2xd(−2x)=−e−2x2+C
7.求∫x2x3+1−−−−−√dx
解:∫x2x3+1−−−−−√dx=13∫x3+1−−−−−√d(x3+1)=29∫d(x3+1)32=29(x3+1)32+C
8.求∫1x(1+3lnx)dx
解:∫1x(1+3lnx)dx=∫1(1+3lnx)dlnx=13∫1(1+3lnx)d(1+3lnx)=ln|1+3lnx|3+C
9.求∫lnxxdx
解:∫lnxxdx=∫lnxdlnx=(lnx)22+C
10.求∫cos1xx2dx
解:∫cos1xx2dx=−∫cos1xd1x=−∫dsin1x=−sin1x+C
11.求∫1x√(1+x)dx
解:∫1x√(1+x)dx=∫1x√[1+(x√)2]2x√dx√=2∫1[1+(x√)2]dx√=2arctanx√+C
12.求∫x+(arctanx)21+x2dx
解:∫x+(arctanx)21+x2dx=∫x1+x2dx+∫(arctanx)21+x2dx=12∫11+x2d(1+x2)+∫(arctanx)2darctanx=ln(1+x2)2+arctan3x3+C
13.求∫xcosxdx
解:∫xcosxdx=∫xdsinx=xsinx−∫sinxdx=xsinx+cosx+C
14.求∫lnxx2dx
解:∫lnxx2dx=−∫lnxdx−1=−lnxx+∫1xdlnx=−lnxx+∫1x2dx=−lnxx−1x+C
15.求∫cosx+1−−−−−√dx
解:令t=x+1−−−−−√,x=t2−1,dx=2tdt∫cosx+1−−−−−√dx=∫cost2tdt=2∫tdsint=2tsint−2∫sintdt=2tsint+2∫dcost=2tsint+2cost+C=2x+1−−−−−√sinx+1−−−−−√+2cosx+1−−−−−√+C
16.求∫e2xcosexdx
解:∫e2xcosexdx=∫excosexdex=∫exdsinex=exsinex−∫sinexdex=exsinex+∫dcosex=exsinex+cosex+C