22423

Неопределенный интеграл

Лекция

Математика и математический анализ

Функция Fx называется первообразной функцией или просто первообразной для функции fx на интервале a b если функция Fx дифференцируема в любой точке x  a b и имеет производную F ' x равную fx т. Если F1x и F2x две первообразные функции fx на интервале a b то всюду на интервале a b F2x = F1x С где С некоторая постоянная. Пусть F1x и F2x две первообразные функции fx на a b. Если F1x первообразные функции fx на интервале a b то любая ее первообразная F2x имеет вид F2x =...

Русский

2013-08-04

126.5 KB

2 чел.

110100, 110600                            Математика                                        Толстиков А.В.

Курс 1. Семестр 1. Лекция 21. Неопределенный интеграл

План

  1.  Первообразная и определение неопределенного интеграла.
  2.  Свойства неопределенного интеграла.
  3.  Табличные интегралы.
  4.  Замена переменной в неопределенном интеграле.
  5.  Интегрирование по частям в неопределенном интеграле.

Литература: Ермаков В.И. с. 276-280. Ильин В.А., с.183-195. Шнейдер В.Е. 285-296. Кремер Н.Ш. 251-266.

  1.  Первообразная и определение неопределенного интеграла. 

Определение 1. Функция F(x) называется первообразной функцией (или просто первообразной) для  функции f(x) на интервале (a, b), если функция F(x) дифференцируема в любой точке x  (a, b) и имеет производную F ' (x), равную f(x), т.е. для любого x  (a, b) выполняется равенство

F ' (x) = f(x) или dF (x) = f(x)dx.

Операция нахождения первообразной - обратная по отношении к операции дифференцирования.

Теорема 2. Если F1(x) и F2(x) две первообразные функции  f(x) на интервале (a, b), то всюду на интервале (a, b) F2(x) = F1(x) + С, где С - некоторая постоянная.

Доказательство. Пусть F1(x) и F2(x) - две первообразные функции f(x) на (a, b). Рассмотрим их разность        g(x)=F2(x)- F1(x). Тогда  по свойству производной и определению первообразной получаем

g' (x)=(F2(x)- F1(x))' = F2'(x) - F1'(x) = f(x) - f(x) = 0  

для любого x  (a, b). Тогда по свойству следствию теоремы Лагранжа получаем g(x) = С - постоянная функция на . (a, b). Отсюда F2(x) = F1(x) + С.  

Следствие.  Если F1(x) -  первообразные функции  f(x) на интервале (a, b), то любая ее первообразная F2(x) имеет вид F2(x) = F1(x) + С, где С - некоторая постоянная.

Определение 2. Неопределенным интегралом от функции f(x) на интервале (a, b) называется совокупность всех первообразных функции f(x) на интервале (a, b), и обозначается символом

.

Тогда функция  f(x) называется  подынтегральной функций, f(x)dx - подынтегральным выражением. В силу сказанного выше = F(x) + С, С - любая постоянная, F(x) - одна из первообразных. Операция нахождения первообразной называется интегрированием.

  1.  Свойства неопределенного интеграла.

1. Производная от неопределенного интеграла равна подынтегральной функции, т. е.   .

  1.  Дифференциал неопределенного интеграла равен подынтегральному выражению

.

3.  Неопределенный интеграл от дифференциала некоторой функции равен этой функции с точностью до постоянного слагаемого, т.е. .

  1.  Неопределенный интеграл от алгебраической суммы двух функций равен такой же сумме неопределенных интегралов от этих функций., т.е.

.

  1.  Постоянный множитель можно выносить за знак неопределенного интеграла,

т.е..

6. Инвариантность формулы интеграл: если то  где  u = (x) - любая непрерывная функция.

Доказательство. 1. По определению неопределенного интеграла = F(x) + С, С - любая постоянная, F(x) - одна из первообразных. По определению первообразной (F(x) + С)' = F ' (x) + С' = f(x) + 0 = f(x).

2.  По формуле для дифференциала дифференцируемой функции .  

  1.  Для дифференцируемой функции Тогда F(x) - одна из первообразных функции F' (x). Тогда по определению неопределенного интеграла .
  2.  Пусть F(x) и G(x) - первообразные соответственно функций f(x) и g(x). Тогда .  По свойству производной  (F(x)  G(x) + С)' = F ' (x)  G' (x) + С' = f(x)  g (x). Тогда по определению F(x)  G(x) + С - она из первообразных функции f(x)  g (x). Следовательно,  

.

  1.  Пусть F(x) - первообразная функции f(x). Тогда .  По свойству производной  (AF(x)+С)' = AF ' (x) + С' = Af(x). Тогда по определению AF(x) + С - она из первообразных функции Af(x). Следовательно,  

.

  1.  Пусть , где F(x) - первообразная функции f(x). По определению dF'(x)= f(x)dx. Пусть u =u(x) - функция, зависящая от переменной x. По теореме об инвариантности формы первого дифференциала имеем dF'(u)= f(u)du. Отсюда по свойству 2 .  

  1.  Табличные интегралы. Метод непосредственного интегрирования.

Часть формул получаются прямо из таблицы производных, учитывая, что операция интегрирования обратна операции дифференцирования. Для доказательства других формул достаточно показать, что производная от правой часть формулы равна подынтегральной функции. Проверьте самостоятельно формулы 12-23.

Способ вычисления неопределенного интеграла, основанный на простейших свойствах неопределенного интеграла и приводимый к одному или нескольким табличным интегралам называется методом непосредственного интегрирования. Для сведения интеграла к табличному используется прием подведения функции  под знак дифференциала, основанный на следующих формулах:

  1.  Замена переменной в неопределенном интеграле.

Теорема 1. Пусть функция t = (x) определена и дифференцируема на множестве X и пусть T множество всех значений этой функции. Пусть для функции g(t) существует на множестве T первообразная функция G(t), т.е.

= G(t) + c.

Тогда всюду на множестве X для функции g((x))'(x) существует первообразная функция, равная G((x)), т.е.

.

Доказательство. Покажем, что производная от правой часть формулы равна подынтегральной функции. По правилу дифференцирования сложной функции получаем:

.

Отсюда следует утверждение теоремы.

Для вычисления неопределенного интеграламожно применять подстановку x = (t), где функция, имеющая непрерывную производную на рассматриваемом промежутке. Тогда d x = d(t) = ' (t)dt и получим формулу интегрирования подстановкой

.                                                                    (1)

После взятия неопределенного интеграла необходимо перейти от новой переменной t к старой x.

Теорема 2. Пусть F(x) - первообразная функция f(x) . Тогда

,

где k, b - некоторые числа и k  0.

Применяя метод интегрирования подстановкой получаем следующие формулы.

  1.  Интегрирование по частям в неопределенном интеграле.

Теорема 1. Пусть каждая из функций u(x), v(x) дифференцируема на множестве X и пусть на этом множество существует первообразная функции v (x)u' (x) . Тогда на этом множестве существует первообразная функции       u(x) v' (x), причем справедлива формула

.                                                       (1)

Доказательство. По формуле дифференцирования произведения имеем

.

Тогда по определению неопределенного интеграла имеем:

.

Отсюда по свойству аддитивности неопределенного интеграла имеем

.

Поэтому

.

Формулу в силу инвариантности дифференциала можно записать в виде

                                                                                (2)

Вычисление интеграла по формуле (1) называется интегрированием по частям. Интегралы, берущиеся по частям, можно разбить на три группы.

  1.  К первой группе относим интегралы, в которых подынтегральная функция содержит в качестве множителя одну из функций

.

Применяем формулу (2) полагая в ней u(x) одной из указанных функций.

  1.  Ко второй группе относим интегралы вида

где a, b, k - постоянные. Они берутся -кратным интегрированием по частям в качестве u(x) берут ax+b в соответствующей степени.

  1.  К третьей группе относим интегралы вида

,

где a, b, k - постоянные. Обозначаем интеграл этой группы через и дважды применяя интегрирование по частям приводим его к решению уравнения первой степени относительно . Например, вычислим первый интеграл.

Отсюда находим

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79912. Розваги вдома 144.5 KB
  Сьогодні ми познайомимось з тим як можна розважатися вдома чим можна гратися а від чого треба знаходитися подалі. Всі ці знання вам необхідні для того щоб ігри і розваги вдома приносили лише радість задоволення а не були причиною травм пожеж і біди.
79913. Сценарій виступу агітбригади юних інспекторів руху 44.5 KB
  Мета: пропаганда вивчення правил дорожнього руху, засудження безвідповідального ставлення до свого життя та життя інших людей, просвітницька діяльність серед дітей та молоді, попередження ДТП. Обладнання: костюми світлофорів, шлагбаум, автомобіль, костюм інспектора ДАІ, дорожні знаки.
79914. УСНИЙ ЖУРНАЛ «ДВАДЦЯТИЛІТНІЙ ШЛЯХ НА ГОЛГОФУ» 112.5 KB
  Мета: ознайомити учнів із життєвим шляхом поета світового рівня, борця за справедливість; навчати розумінню, що таке добро і зло, в чому сенс людського життя, щастя; переконати, що правдиве слово митця будило совість нації; формувати високі моральні якості; виховувати національну гідність і свідомість.
79915. Виховна година «Хто вам сказав, що я слабка...» 161 KB
  Викладач Ні я жива Я буду вічно жити Я в серці маю те що не вмирає Так писала відома українська поетеса Леся Петрівна Косач. На шлях я вийшла ранньою весною І тихий спів несмілий заспівала Леся Українка пройшла великий шлях перемоги духу над стражданням тіла і проявами буденності життя.
79916. Счастливый случай 1.84 MB
  Все вопросы заданы скорее в шутку. Однако даже самые трудные из этих вопросов все равно предназначены для забавы. Участники быстро отвечают на вопросы. Вы слушайте вопросы Ни пуха ни пера Любой предмет в физике.
79917. Рідна школа, рідна сім’я – тут зростає доля моя… 473 KB
  Посібник містить тести для батьків, які допомагають діагностувати проблеми сімей, виявити характер стосунків, взаєморозуміння між членами родини, дає практичні рекомендації щодо підготовки дитини до школи, кращої її адаптації.
79918. Сценарій виховного заходу «Школа – країна дивовижних мрій» 67 KB
  У школі сьогодні свято Зібралось гостей багато. Розмова дітей А моя мама вчилася в нашій школі. І моя мама працює у нашій школі вчителем. А мій тато шахтар а мій водій а мій програміст Вчитель: Діти тихо тихо Так і є багато ваших батьків вчилися в нашій школі а тепер вони стали дорослі стали батьками...
79919. Страна превратится в пустыню, если семья не станет святыней 45 KB
  Показать учащимся необходимость ценить и уважать свою семью, чтобы обеспечить благополучие и процветание своей страны. Познакомить детей с понятиями «семья», «генеалогия», «генеалогическое древо». Научить учащихся составлять родословную своей семьи. Показать основы для дальнейшего изучения истории поколений.
79920. КЛАССНЫЙ ЧАС ДЛЯ СТАРШЕКЛАССНИКОВ: «СЕМЬЯ — КЛЮЧ К СЧАСТЬЮ» 36.5 KB
  А что же должно быть между двумя молодыми людьми чтобы они захотели создать семью Правильно любовь А что же такое любовь Лично для меня любовь это любовь к моим родителям их я люблю дочерней любовью. Это любовь к моим детям их я люблю материнской любовью. Это любовь к моему мужу его я люблю женской любовью.