Інтеграл від sin у квадраті. Складні інтеграли. Інтегрування синуса, косинуса, тангенсу та котангенсу

Насправді часто доводиться обчислювати інтеграли трансцендентних функцій, які містять тригонометричні функції. В рамках цього матеріалу ми опишемо основні види підінтегральних функцій та покажемо, які методи можна використовувати для їх інтегрування.

Інтегрування синуса, косинуса, тангенсу та котангенсу

Почнемо з методів інтегрування основних тригонометричних функцій - sin, cos, tg, ctg. Використовуючи таблицю первісних, одразу запишемо, що ∫ sin x d x = - cos x + C , а ∫ cos x d x = sin x + C .

Для обчислення невизначених інтегралів функцій t g і c t g можна скористатися підбиттям під знак диференціала:

∫ t g x d x = ∫ sin x cos x d x = d (cos x) = -sin x d x = = - ∫ d (cos x) cos x = - ln cos x + C ∫ c t g x d x = ∫ cos x sin x d x = d (sin x) = cos x d x = = ∫ d (sin x) sin x = ln sin x + C

Як же ми отримали формули ∫ d x sin x = ln 1 - cos x sin x + C і ∫ d x cos x = ln 1 + sin x cos x + C , взяті з таблиці первісних? Пояснимо лише один випадок, оскільки другий буде зрозумілий за аналогією.

Використовуючи метод підстановки, запишемо:

∫ d x sin x = sin x = t ⇒ x = a r c sin y ⇒ d x = d t 1 - t 2 = d t t 1 - t 2

Тут нам потрібно інтегрувати ірраціональну функцію. Беремо той самий метод підстановки:

∫ d t t 1 - t 2 = 1 - t 2 = z 2 ⇒ t = 1 - z 2 ⇒ d t = - z d z 1 - z 2 = = ∫ - z d z z 1 - z 2 · 1 - z 2 = ∫ d z z 2 - 1 = ∫ d z (z - 1) (z +) = = 1 2 ∫ d z z - 1 - 1 2 ∫ d z z + 1 = 1 2 ln z - 1 - 1 2 z + 1 + C = = 1 2 ln z - 1 z + 1 + C = ln z - 1 z + 1 + C

Тепер робимо зворотну заміну z = 1 - t 2 і t = sin x:

∫ d x sin x = ∫ d t t 1 - t 2 = ln z - 1 z + 1 + C = = ln 1 - t 2 - 1 1 - t 2 + 1 + C = ln 1 - sin 2 x - 1 1 - sin 2 x + 1 + C = = ln cos x - 1 cos x + 1 + C = ln (cos x - 1) 2 sin 2 x + C = = ln cos x - 1 sin x + C

Окремо розберемо випадки з інтегралами, які містять ступеня тригонометричних функцій, таких, як ?

Про те, як їх правильно обчислювати, можна прочитати у статті про інтегрування з використанням рекурентних формул. Якщо ви знаєте, яким чином виведені ці формули, легко зможете брати інтеграли на кшталт ∫ sin n x · cos m x d x з натуральними m і n .

Якщо ми маємо комбінацію тригонометричних функцій з многочленами чи показовими функціями, їх доведеться інтегрувати частинами. Радимо прочитати статтю, присвячену методам знаходження інтегралів ∫ P n (x) · sin (a x) d x , ∫ P n (x) · cos (a x) d x , e a · x · sin (a x) d x , e a · x · cos (a x) d x .

Найбільш складними є завдання, в яких підінтегральна функція включає тригонометричні функції з різними аргументами. Для цього потрібно користуватися основними формулами тригонометрії, тому бажано пам'ятати їх напам'ять або тримати запис під рукою.

Приклад 1

Знайдіть безліч первісних функцій y = sin (4 x) + 2 cos 2 (2 x) sin x · cos (3 x) + 2 cos 2 x 2 - 1 · sin (3 x) .

Рішення

Скористаємося формулами зниження ступеня і запишемо, що cos 2 x 2 = 1 + cos x 2 а cos 2 2 x = 1 + cos 4 x 2 . Значить,

y = sin (4 x) + 2 cos 2 (2 x) sin x · cos (3 x) + 2 cos 2 x 2 - 1 · sin (3 x) = sin (4 x) + 2 · 1 + cos 4 x 2 sin x · cos (3 x) + 2 · 1 + cos x 2 - 1 · sin (3 x) = = sin (4 x) + cos (4 x) + 1 sin x · cos (3 x) + cos x · sin (3 x)

У знаменнику ми маємо формулу синуса суми. Тоді можна записати так:

y = sin (4 x) + cos (4 x) + 1 sin x · cos (3 x) + cos x · sin (3 x) = sin (4 x) + cos (4 x) + 1 sin (4 x ) = = 1 + cos (4 x) sin (4 x)

У нас вийшла сума трьох інтегралів.

∫ sin (4 x) + cos (4 x) + 1 sin x · cos (3 x) + cos x · sin (3 x) d x = = ∫ d x + cos (4 x) d x sin (4 x) + ∫ d x sin (4 x) = = x + 1 4 ln ∫ d (sin (4 x)) sin (4 x) + 1 4 ln cos (4 x) - 1 sin (4 x) = = 1 4 ln sin ( 4 x) + 1 4 ln cos (4 x) - 1 sin (4 x) + C = x + 1 4 · ln cos 4 x - 1 + C

У деяких випадках тригонометричні функції, що знаходяться під інтегралом, можна звести до дрібно раціональних виразів з використанням методу стандартної підстановки. Для початку візьмемо формули, які виражають sin , cos та t g через тангенс половинного аргументу:

sin x = 2 t g x 2 1 + t g 2 x 2 , sin x = 1 - t g 2 x 2 1 + t g 2 x 2 , t g x = 2 t g x 2 1 - t g 2 x 2

Також нам потрібно буде висловити диференціал d x через тангенс половинного кута:

Оскільки d t g x 2 = t g x 2 " d x = d x 2 cos 2 x 2 то

d x = 2 cos 2 x 2 d t g x 2 = 2 d t g x 2 1 cos 2 x 2 = 2 d t g x 2 cos 2 x 2 + sin 2 x 2 cos 2 x 2 = 2 d t g x 2 1 + t g 2 x 2

Таким чином, sin x = 2 z 1 + z 2 , cos x 1 - z 2 1 + z 2 , t g x 2 z 1 - z 2 , d x = 2 d z 1 + z 2 при z = t g x 2 .

Приклад 2

Знайдіть невизначений інтеграл ∫ d x 2 sin x + cos x + 2 .

Рішення

Використовуємо метод стандартної тригонометричної підстановки.

2 sin x + cos x + 2 = 2 2 z 1 + z 2 + 1 - z 2 1 + z 2 = z 2 + 4 z + 3 1 + z 2 ⇒ d x 2 sin x + cos x + 2 = 2 d z 1 + z 2 z 2 + 4 z + 3 1 + z 2 = 2 d z z 2 + 4 z + 3

Отримаємо, що ∫ d x 2 sin x + cos x + 2 = 2 d z z 2 + 4 z + 3 .

Тепер ми можемо розкласти підінтегральну функцію на найпростіші дроби та отримати суму двох інтегралів:

∫ d x 2 sin x + cos x + 2 = 2 ∫ 2 d z z 2 + 4 z + 3 = 2 ∫ 1 2 1 z + 1 - 1 z + 3 d z = = ∫ d z z + 1 - ∫ C z + 3 = ln z + 1 - ln z + 3 + C = ln z + 1 z + 3 + C

∫ d x 2 sin x + cos x + 2 = ln z + 1 z + 3 + C = ln t g x 2 + 1 t g x 2 + 3 + C

Відповідь: ∫ d x 2 sin x + cos x + 2 = ln t g x 2 + 1 t g x 2 + 3 + C

Важливо відзначити, що формули, які виражають фукнции через тангенс половинного аргументу, є тотожностями, отже, що вийшло у результаті вираз ln t g x 2 + 1 t g x 2 + 3 + C – це безліч первісних функції y = 1 2 sin x + cos x + 2 тільки області визначення.

Для вирішення інших типів завдань можна використати основні методи інтегрування.

Якщо ви помітили помилку в тексті, будь ласка, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter

Для інтегрування раціональних функцій виду R(sin x, cos x) застосовують підстановку, яка називається універсальною тригонометричною підстановкою. Тоді. Універсальна тригонометрична підстановка часто призводить до великих обчислень. Тому, наскільки можна, користуються такими підстановками.

Інтегрування функцій, що раціонально залежать від тригонометричних функцій

Скористаємося формулами перетворення твору тригонометричних функцій на їх суму:

• sin α·cos β = ½(sin(α+β)+sin(α-β))
• cos α·cos β = ½(cos(α+β)+cos(α-β))
• sin α·sin β = ½(cos(α-β)-cos(α+β))

Приклади
1. Обчислити інтеграл ∫ cos 4 x sin 3 xdx .
Робимо заміну cos(x)=t. Тоді ∫ cos 4 x·sin 3 xdx =
2. Обчислити інтеграл.
Роблячи заміну sin x = t, отримуємо

Інтегрування виразів виду R(sinx, cosx)

Приклад №1. Обчислити інтеграли:

Рішення.
а) Інтегрування виразів виду R(sinx, cosx) , де R - раціональна функція від sin x і cos x перетворюються в інтеграли від раціональних функцій за допомогою універсальної тригонометричної підстановки tg(x/2) = t.
Тоді маємо

• Якщо виконується рівність R(-sin x, cos x) = -R(sin x, cos x) dx, то застосовується підстановка cos x = t.
• Якщо виконується рівність R(sin x, -cos x) = -R(sin x, cos x) dx, то підстановка sin x = t.
• Якщо виконується рівність R(-sin x, -cos x) = R(sin x, cos x) dx, то підстановка tgx = t або ctg x = t.

Таблиця первісних (інтегралів). Таблиця інтегралів. Табличні невизначені інтеграли. (Найпростіші інтеграли та інтеграли з параметром). Формули інтегрування частинами. Формула Ньютона-Лейбніца.

Формули інтегрування частинами. Правила інтегрування.

Таблиця похідних. Табличні похідні. Похідні твори. Похідна приватна. Похідна складна функція.

Якщо x - незалежна змінна, то:

Властивості логарифмів. Основні формули логарифмів. Десяткові (lg) та натуральні логарифми (ln).

Натуральний логарифм ln (логарифм на основі е = 2,718281828459045…) ln(e)=1; ln(1)=0

Ряд Тейлора. Розкладання функції до ряду Тейлора.

Виявляється, більшість практично зустрічаютьсяматематичних функцій можуть бути з будь-якою точністю представлені на околицях деякої точки у вигляді статечних рядів, що містять ступеня змінної в порядку зростання. Наприклад, на околиці точки х=1:

При використанні рядів, які називаються рядами Тейлора,змішані функції, що містять, скажімо, алгебраїчні, тригонометричні та експоненційні функції, можуть бути виражені у вигляді суто алгебраїчних функцій. За допомогою рядів часто можна швидко здійснити диференціювання та інтегрування.

Ряд Тейлора на околиці точки a має види:

1) , Де f (x) - функція, що має при х = а похідні всіх порядків. R n - залишковий член у ряді Тейлора визначається виразом

2)

k-тий коефіцієнт (при х k) ряду визначається формулою

3) Окремим випадком ряду Тейлора є ряд Маклорена (=Макларена) (Розкладання відбувається навколо точки а = 0)

при a=0

члени ряду визначаються за формулою

Умови застосування рядів Тейлора.

1. Для того, щоб функція f(x) могла бути розкладена в ряд Тейлора на інтервалі (-R;R) необхідно і достатньо, щоб залишковий член у формулі Тейлора (Маклорена (=Макларена)) для даної функції прагнув нуля при k →∞ на вказаному інтервалі (-R;R).

2. Необхідно, щоб існували похідні для цієї функції в точці, в околиці якої ми збираємося будувати ряд Тейлора.

Властивості рядів Тейлора.

Якщо f є аналітична функція, то її ряд Тейлора в будь-якій точці області визначення f сходить до f в деякій околиці а.

Існують нескінченно диференційовані функції, ряд Тейлора яких сходиться, але при цьому відрізняється від функції у будь-якій околиці а. Наприклад:

Ряди Тейлора застосовуються при апроксимації (наближення - науковий метод, що полягає у заміні одних об'єктів іншими, у тому чи іншому сенсі близькими до вихідних, але більш простими) функції багаточленів. Зокрема, лінеаризація ((від linearis - лінійний), один із методів наближеного уявлення замкнутих нелінійних систем, при якому дослідження нелінійної системи замінюється аналізом лінійної системи, в деякому сенсі еквівалентної вихідної.) рівнянь відбувається шляхом розкладання до ряду Тейлора та відсікання всіх членів першого порядку.

Таким чином, практично будь-яку функцію можна подати у вигляді полінома із заданою точністю.

Приклади деяких поширених розкладів статечних функцій у ряди Маклорена (=Макларена, Тейлора на околицях точки 0) і Тейлора на околицях точки 1. Перші члени розкладів основних функцій до рядів Тейлора і Макларена.

Приклади деяких поширених розкладів статечних функцій у ряди Маклорена(=Макларена, Тейлора на околицях точки 0)

Приклади деяких поширених розкладів у ряди Тейлора на околицях точки 1

Докладно розглянуті приклади рішень інтегралів частинами, подинтегральное вираз яких є твором многочлена на експоненту (е ступеня х) чи синус (sin x) чи косинус (cos x).

Див. також: Метод інтегрування частинами
Таблиця невизначених інтегралів
Методи обчислення невизначених інтегралів
Основні елементарні функції та їх властивості

Формула інтегрування частинами

При вирішенні прикладів цього розділу використовується формула інтегрування частинами:
;
.

Приклади інтегралів, що містять добуток багаточлена і sin x, cos x або e x

Ось приклади таких інтегралів:
, , .

Для інтегрування подібних інтегралів, многочлен позначають через u , а частину, що залишилася - через v dx . Далі застосовують формулу інтегрування частинами.

Нижче надається докладне рішення цих прикладів.

Приклади вирішення інтегралів

Приклад з експонентою, е в ступені х

Визначити інтеграл:
.

Введемо експоненту під знак диференціалу:
e - x dx = - e - x d(-x) = - d(e - x).

Інтегруємо частинами.

тут
.
Інтеграл, що залишився, також інтегруємо частинами.
.
.
.
Остаточно маємо:
.

Приклад визначення інтеграла із синусом

Обчислити інтеграл:
.

Введемо синус під знак диференціалу:

Інтегруємо частинами.

тут u = x 2 , v = cos(2 x+3), du = ( x 2 )′ dx

Інтеграл, що залишився, також інтегруємо частинами. І тому вводимо косинус під знак диференціала.


тут u = x, v = sin(2 x+3), du = dx

Остаточно маємо:

Приклад твору багаточлена та косинуса

Обчислити інтеграл:
.

Введемо косинус під знак диференціалу:

Інтегруємо частинами.

тут u = x 2 + 3 x + 5, v = sin 2 x, du = ( x 2 + 3 x + 5 )′ dx

Складні інтеграли

Ця стаття завершує тему невизначених інтегралів і до неї включені інтеграли, які я вважаю досить складними. Урок створений на неодноразові прохання відвідувачів, які висловлювали побажання, щоб на сайті були розібрані і складніші приклади.

Передбачається, що читач цього тексту добре підготовлений та вміє застосовувати основні прийоми інтегрування. Чайникам і людям, які не дуже впевнено розуміються на інтегралах, слід звернутися до першого уроку – Невизначений інтеграл. Приклади рішеньде можна освоїти тему практично з нуля. Більш досвідчені студенти можуть ознайомитися з прийомами та методами інтегрування, які ще не зустрічалися в моїх статтях.

Які інтеграли буде розглянуто?

Спочатку ми розглянемо інтеграли з корінням, для вирішення яких послідовно використовується заміна змінноїі інтегрування частинами. Тобто, в одному прикладі комбінуються одразу два прийоми. І навіть більше.

Потім ми познайомимося з цікавим та оригінальним методом зведення інтеграла до себе. Цим способом вирішується не так вже й мало інтегралів.

Третім номером програми підуть інтеграли від складних дробів, які пролетіли повз касу в попередніх статтях.

По-четверте, буде розібрано додаткові інтеграли від тригонометричних функцій. Зокрема, існують методи, які дозволяють уникнути трудомісткої універсальної тригонометричної підстановки.

(2) У підінтегральній функції почленно ділимо чисельник на знаменник.

(3) Використовуємо властивість лінійності невизначеного інтегралу. В останньому інтегралі відразу підводимо функцію під знак диференціалу.

(4) Беремо інтеграли, що залишилися. Зверніть увагу, що в логарифмі можна використовувати дужки, а не модуль, оскільки .

(5) Проводимо зворотну заміну, висловивши із прямої заміни «те»:

Студенти-мазохісти можуть продиференціювати відповідь і отримати вихідну підінтегральну функцію, як тільки це зробив я. Ні-ні, я в правильному сенсі виконав перевірку =)

Як бачите, в ході рішення довелося використовувати навіть більше двох прийомів рішення, таким чином, для розправи з подібними інтегралами потрібні впевнені навички інтегрування та не найменший досвід.

На практиці, звичайно, частіше зустрічається квадратний корінь, ось три приклади для самостійного вирішення:

Приклад 2

Знайти невизначений інтеграл

Приклад 3

Знайти невизначений інтеграл

Приклад 4

Знайти невизначений інтеграл

Ці приклади однотипні, тому повне рішення наприкінці статті буде лише для Прикладу 2, у Прикладах 3-4 – одні відповіді. Яку заміну застосовувати на початку рішень, гадаю, очевидно. Чому я підібрав однотипні приклади? Часто зустрічаються у своєму амплуа. Найчастіше, мабуть, тільки щось на зразок .

Не завжди, коли під арктангенсом, синусом, косинусом, експонентою та інших. функціями перебуває корінь з лінійної функції, доводиться застосовувати відразу кілька методів. У ряді випадків вдається "легко відбутися", тобто відразу після заміни виходить простий інтеграл, який елементарно береться. Найлегшим із запропонованих вище завдань є Приклад 4, у ньому після заміни виходить відносно нескладний інтеграл.

Методом зведення інтеграла до себе

Дотепний та красивий метод. Негайно розглянемо класику жанру:

Приклад 5

Знайти невизначений інтеграл

Під коренем знаходиться квадратний двочлен, і при спробі проінтегрувати цей приклад чайник може страждати годинами. Такий інтеграл береться частинами і зводиться до себе. У принципі, не складно. Якщо знаєш як.

Позначимо аналізований інтеграл латинською літерою і почнемо рішення:

Інтегруємо частинами:

(1) Готуємо підінтегральну функцію для почленного поділу.

(2) Почленно ділимо підінтегральну функцію. Можливо, не всім зрозуміло, розпишу докладніше:

(3) Використовуємо властивість лінійності невизначеного інтегралу.

(4) Беремо останній інтеграл («довгий» логарифм).

Тепер дивимося на початок рішення:

І наприкінці:

Що сталося? Внаслідок наших маніпуляцій інтеграл звівся до самого себе!

Прирівнюємо початок і кінець:

Переносимо до лівої частини зі зміною знака:

А двійку зносимо у праву частину. В результаті:

Константу, строго кажучи, треба було додати раніше, але приписав її наприкінці. Настійно рекомендую прочитати, у чому тут строгість:

Примітка: Суворіше заключний етап рішення виглядає так:

Таким чином:

Константу можна перепозначити через . Чому можна перепозначити? Тому що все одно приймає будь-якізначення, і в цьому сенсі між константами немає жодної різниці.
В результаті:

Подібний трюк з перепозначенням константи широко використовується в диференціальних рівняннях. І там я буду суворий. А тут така вільність допускається мною тільки для того, щоб не плутати вас зайвими речами та акцентувати увагу саме на методі інтегрування.

Приклад 6

Знайти невизначений інтеграл

Ще один типовий інтеграл для самостійного вирішення. Повне рішення та відповідь наприкінці уроку. Різниця з відповіддю попереднього прикладу буде!

Якщо під квадратним коренем знаходиться квадратний тричлен, то рішення у будь-якому випадку зводиться до двох розібраних прикладів.

Наприклад, розглянемо інтеграл . Все, що потрібно зробити – попередньо виділити повний квадрат:
.
Далі проводиться лінійна заміна, яка обходиться «без жодних наслідків»:
, у результаті виходить інтеграл . Щось знайоме, правда?

Або такий приклад із квадратним двочленом:
Виділяємо повний квадрат:
І, після лінійної заміни, отримуємо інтеграл, який також вирішується за вже розглянутим алгоритмом.

Розглянемо ще два типові приклади на прийом відомості інтеграла до самого себе:
- Інтеграл від експоненти, помноженої на синус;
- Інтеграл від експоненти, помноженої на косинус.

У перерахованих інтегралах частинами доведеться інтегрувати вже двічі:

Приклад 7

Знайти невизначений інтеграл

Підінтегральна функція – експонента, помножена на синус.

Двічі інтегруємо частинами і зводимо інтеграл до себе:

В результаті дворазового інтегрування частинами інтеграл звівся до самого себе. Прирівнюємо початок та закінчення рішення:

Переносимо в ліву частину зі зміною знака та виражаємо наш інтеграл:

Готово. Принагідно бажано зачесати праву частину, тобто. винести експоненту за дужки, а в дужках розташувати синус із косинусом у «красивому» порядку.

Тепер повернемося до початку прикладу, а точніше – до інтегрування частинами:

За ми окреслили експоненту. Виникає питання, чи саме експоненту завжди потрібно позначати за ? Не обов'язково. Насправді у розглянутому інтегралі принципово без різниці, Що позначати за , можна було піти іншим шляхом:

Чому таке можливе? Тому що експонента перетворюється сама на себе (і при диференціюванні, і при інтегруванні), синус з косінусом взаємно перетворюються один на одного (знов-таки – і при диференціюванні, і при інтегруванні).

Тобто, можна позначити і тригонометричну функцію. Але у розглянутому прикладі це менш раціонально, оскільки з'являться дроби. За бажання можете спробувати вирішити цей приклад другим способом, відповіді обов'язково повинні збігтися.

Приклад 8

Знайти невизначений інтеграл

Це приклад самостійного рішення. Перед тим як вирішувати, подумайте, що вигідніше в даному випадку позначити за експоненту, тригонометричну функцію? Повне рішення та відповідь наприкінці уроку.

І, звичайно, не забувайте, що більшість відповідей цього уроку досить легко перевірити диференціюванням!

Приклади були розглянуті не найскладніші. Насправді частіше зустрічаються інтеграли, де константа є у показнику експоненти й у аргументі тригонометричної функції, например: . Поплутатися в подібному інтегралі доведеться багатьом, часто плутаюсь і я сам. Справа в тому, що у вирішенні велика ймовірність появи дробів, і дуже просто що-небудь через неуважність втратити. Крім того, велика ймовірність помилки у знаках, зверніть увагу, що у показнику експоненти є знак «мінус», і це вносить додаткову трудність.

На завершальному етапі часто виходить приблизно таке:

Навіть наприкінці рішення слід бути дуже уважним і грамотно розібратися з дробами:

Інтегрування складних дробів

Потроху підбираємось до екватора уроку і починаємо розглядати інтеграли від дробів. Знову ж таки, не всі вони суперскладні, просто з тих чи інших причин приклади були трохи «не в тему» ​​в інших статтях.

Продовжуємо тему коріння

Приклад 9

Знайти невизначений інтеграл

У знаменнику під коренем знаходиться квадратний тричлен плюс за межами кореня доважок у вигляді ікса. Інтеграл такого виду вирішується за допомогою стандартної заміни.

Вирішуємо:

Заміна тут проста:

Дивимося на життя після заміни:

(1) Після підстановки приводимо до спільного знаменника доданки під коренем.
(2) Виносимо з-під кореня.
(3) Чисельник і знаменник скорочуємо на . Заодно під коренем я переставив доданки у зручному порядку. При певному досвіді кроки (1) (2) можна пропускати, виконуючи прокоментовані дії усно.
(4) Отриманий інтеграл, як ви пам'ятаєте з уроку Інтегрування деяких дробіввирішується методом виділення повного квадрата. Виділяємо повний квадрат.
(5) Інтегруванням отримуємо пересічний «довгий» логарифм.
(6) Проводимо зворотну заміну. Якщо спочатку , то назад: .
(7) Заключна дія спрямована на зачіску результату: під коренем знову наводимо доданки до спільного знаменника і виносимо з-під кореня.

Приклад 10

Знайти невизначений інтеграл

Це приклад самостійного рішення. Тут до самотнього «ікса» додано константу, і заміна майже така сама:

Єдине, що потрібно додатково зробити – висловити «ікс» із заміни, що проводиться:

Повне рішення та відповідь наприкінці уроку.

Іноді в такому інтегралі під коренем може бути квадратний двочлен, це не змінює спосіб вирішення, воно буде навіть простіше. Відчуйте різницю:

Приклад 11

Знайти невизначений інтеграл

Приклад 12

Знайти невизначений інтеграл

Короткі рішення та відповіді наприкінці уроку. Слід зазначити, що приклад 11 є в точності біноміальним інтегралом, метод вирішення якого розглядався на уроці Інтеграли від ірраціональних функцій.

Інтеграл від нерозкладного багаточлена 2-го ступеня

(багаточлен у знаменнику)

Більш рідкісний, проте, що зустрічає у практичних прикладах вид інтеграла.

Приклад 13

Знайти невизначений інтеграл

Але повернемося, наприклад, зі щасливим номером 13 (чесне слово, не підгадав). Цей інтеграл теж із розряду тих, з якими можна неабияк промучитися, якщо не знаєш, як вирішувати.

Рішення починається зі штучного перетворення:

Як почленно розділити чисельник на знаменник, гадаю, вже всі розуміють.

Отриманий інтеграл береться частинами:

Для інтеграла виду ( – натуральне число) виведено рекурентнаформула зниження ступеня:
, де - Інтеграл ступенем нижче.

Переконаємося у справедливості цієї формули для вирішеного інтеграла.
В даному випадку: , , використовуємо формулу:

Як бачите, відповіді збігаються.

Приклад 14

Знайти невизначений інтеграл

Це приклад самостійного рішення. У зразку рішення двічі послідовно використана вищезгадана формула.

Якщо під ступенем знаходиться нерозкладний на множникиквадратний тричлен, то рішення зводиться до двочлена шляхом виділення повного квадрата, наприклад:

Що робити, якщо додатково в чисельнику є багаточлен? У цьому випадку використовується метод невизначених коефіцієнтів і підінтегральна функція розкладається у суму дробів. Але у моїй практиці такого прикладу не зустрічалося жодного разутому я пропустив цей випадок у статті Інтеграли від дробово-раціональної функції, пропущу і зараз. Якщо такий інтеграл таки зустрінеться, дивіться підручник – там просто. Не вважаю за доцільне включати матеріал (навіть нескладний), ймовірність зустрічі з яким прагне до нуля.

Інтегрування складних тригонометричних функцій

Прикметник «складний» більшість прикладів знову носить багато в чому умовний характер. Почнемо з тангенсів та котангенсів у високих ступенях. З погляду використовуваних методів вирішення тангенс і котангенс – майже одне й теж, тому я більше говоритиму про тангенс, маючи на увазі, що продемонстрований прийом рішення інтеграла справедливий і для котангенсу теж.

На вищезгаданому уроці ми розглядали універсальну тригонометричну підстановкуна вирішення певного виду інтегралів від тригонометричних функцій. Недолік універсальної тригонометричної підстановки у тому, що з її застосуванні часто виникають громіздкі інтеграли з важкими обчисленнями. І у ряді випадків універсальної тригонометричної підстановки можна уникнути!

Розглянемо ще один канонічний приклад, інтеграл від одиниці, поділеної на синус:

Приклад 17

Знайти невизначений інтеграл

Тут можна використовувати універсальну тригонометричну підстановку та отримати відповідь, але існує більш раціональний шлях. Я наведу повне рішення з коментами до кожного кроку:

(1) Використовуємо тригонометричну формулу синуса подвійного кута.
(2) Проводимо штучне перетворення: У знаменнику ділимо та множимо на .
(3) За відомою формулою у знаменнику перетворюємо дріб на тангенс.
(4) Підводимо функцію під знак диференціала.
(5) Беремо інтеграл.

Пара простих прикладів для самостійного вирішення:

Приклад 18

Знайти невизначений інтеграл

Вказівка: Найпершою дією слід використовувати формулу приведення та акуратно провести аналогічні попередньому прикладу дії.

Приклад 19

Знайти невизначений інтеграл

Ну, це дуже простий приклад.

Повні рішення та відповіді наприкінці уроку.

Думаю, тепер ні в кого не виникне проблем із інтегралами:
і т.п.

У чому полягає ідея методу? Ідея полягає в тому, щоб за допомогою перетворень, тригонометричних формул організувати в підінтегральній функції тільки тангенси та похідну тангенсу. Тобто йдеться про заміну: . У Прикладах 17-19 ми фактично й застосовували цю заміну, але інтеграли були настільки прості, що справа обійшлася еквівалентною дією – підведенням функції під знак диференціалу.

Аналогічні міркування, як я вже говорив, можна провести для котангенсу.

Існує і формальна передумова для застосування вищезазначеної заміни:

Сума ступенів косинуса та синуса – ціле негативне ЧЕТНЕ число, наприклад:

для інтеграла – ціле негативне ЧЕТНЕ число.

! Примітка Якщо підінтегральна функція містить ТІЛЬКИ синус або ТІЛЬКИ косинус, то інтеграл береться і при негативному непарному ступені (найпростіші випадки – у Прикладах №№17, 18).

Розглянемо пару більш змістовних завдань цього правила:

Приклад 20

Знайти невизначений інтеграл

Сума ступенів синуса та косинуса: 2 – 6 = –4 – ціле негативне ЧЕТНЕ число, отже, інтеграл можна звести до тангенсів та його похідної:

(1) Перетворимо знаменник.
(2) За відомою формулою отримуємо .
(3) Перетворимо знаменник.
(4) Використовуємо формулу .
(5) Підбиваємо функцію під знак диференціала.
(6) Проводимо заміну. Досвідченіші студенти заміну можуть і не проводити, але все-таки краще замінити тангенс однією літерою – менше ризик заплутатися.

Приклад 21

Знайти невизначений інтеграл

Це приклад самостійного рішення.

Тримайтеся, починаються чемпіонські раунди =)

Найчастіше в підінтегральній функції знаходиться «солянка»:

Приклад 22

Знайти невизначений інтеграл

У цьому інтегралі спочатку є тангенс, що відразу наштовхує на вже знайому думку:

Штучне перетворення на самому початку та інші кроки залишу без коментарів, оскільки про все вже говорилося вище.

Пара творчих прикладів для самостійного вирішення:

Приклад 23

Знайти невизначений інтеграл

Приклад 24

Знайти невизначений інтеграл

Так, у них, звичайно, можна знизити ступеня синуса, косинуса, використовувати універсальну тригонометричну підстановку, але рішення буде набагато ефективнішим і коротшим, якщо його провести через тангенси. Повне рішення та відповіді наприкінці уроку