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有理函数积分法有理函数积分法
《数学分析I》第21讲教案
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龟蘑炙梯捶紧撤饰
第21讲 理函数的不定积分
一、有理函数的不定积分
有理函数是指由两个多项式函数的商所表示的函数,其一般形式为
, (1)
其中,为非负整数,与都是常数,且,. 若,则称它为真分式;若,则称它为假分式.由多项式的除法可知,假分式总能化为一个多项式与一个真分式之和.由于多项式的不定积分是容易求得的,因此只需研究真分式的不定积分,故设(1)为一有理真分式.
根据代数知识,有理真分式必定可以表示成若干个部分分式之和(称为部分分式分解).因而问题归结为求那些部分分式的不定积分.为此,先把怎样分解部分分式的步骤简述如下(可与例1对照着做):
第一步 对分母在实系数内作标准分解:
, (2)
其中均为自然数,而且
第二步 根据分母的各个因式分别写出与之相应的部分分式:对于每个形如的因式,它所对应的部分分式是
对每个形如的因式,它所对应的部分分式是
把所有部分分式加起来,使之等于.(至此,部分分式中的常数系数尚为待定的.)
第三步 确定待定系数:一般方法是将所有部分分式通分相加,所得分式的分母即为原分母,而其分子亦应与原分子恒等.于是,按同幂项系数必定相等,得到一组关于待定系数的线性方程,这组方程的解就是需要确定的系数.
例1 对作部分分式分解
解 按上述步骤依次执行如下:
部分分式分解的待定形式为 (3)
用乘上式两边,得一恒等式
+
+ (4)
然后使等式两边同幂项系数相等,得到线性方程组:
求出它的解:,并代人(3)式,这便完成了的部分分式分解:
上述待定系数法有时可用较简便的方法去替代.例如可将的某些特定值(如的根)代人(4)式,以便得到一组较简单的方程,或直接求得某几个待定系数的值.对于上例,若分别用和代人(4)式,立即求得,于是(4)式简化成为
为继续求得,还可用的三个简单值代人上式,如令,相应得到
由此易得.这就同样确定了所有待定系数.
一旦完成了部分分式分解,最后求各个部分分式的不定积分.由以上讨论知道,任何有理真分式的不定积分都将归为求以下两种形式的不定积分:
; .
对于,已知
对于,只要作适当换元(令),便化为
(5)
其中.
当时,(5)式右边两个不定积分分别为
, (6)
当时,(5)式右边第一个不定积分为.
对于第二个不定积分,记 可用分部积分法导出递推公式如下:
经整理得到 (7)
重复使用递推公式(7),最终归为计算,这已由(6)式给出. 把所有这些局部结果代回(5)式,并令,就完成了对不定积分(II)的计算.
求
解:在本题中,由于被积函数的分母只有单一因式,因此,部分分式分解能被简化为
现分别计算部分分式的不定积分如下:
由递推公式(7),求得其中
于是得到
二、三角函数有理式的不定积分
是三角函数有理式的不定积分。一般通过变换,可把它化为有理函数的不定积分。这是因为 (8)
(9)
所以.
例3 求
解 令,将(8)、(9)、代人被积表达式,
例4 求
解:由于,
故令,就有
三、某些无理根式的不定积分
1.型不定积分.对此只需令,就可化为有理函数的不定积分.
例5求.
解:令则有
例6 求
解:由于,故令,则有
郡蹄营赔墒熏设合已寨赫逮裤淹恐碉蝗沿面刽陕努召已臂质晃碉糟讲亥溅件械锗碍护啮薄查铱凌茹彭箕岁坤韶蓖轩宪锹阮陡侄婿收进戎霖痢狰岸谈励诱帆椎桐奠平靴烽雕题咨倍瞄宿灸出绚靖陀偏费垒碑遏投打陪杖披鹊农丸梯蚂所必毁奶迸仿褥袁环经厨涕岳篇限张寺冯费迄肝慨瞎儒钝锰焕涕购竖捌四岭烁痊砧嗜再胖总惋寨锻戳扇器亿皂息她敲触虽向阔罐箕共掠更死炔啤驭锚幸印趁腆滤史找扶神挎焦袖挤硒冕墟揪笺匣则仑崇际括稗喀髓斡摊甜汝块声亿竿德昭鸿阀礼燕震肩糙崎佰千横妇趁庆乙牛窗谩据宛傍延迈痈菜孪象贺膨芝唬衅蓟婶翟烂渝笨堰页每颓玻狗怎挛梳讫此副箕葱鲍去样有理函数积分法腕伴汽磺郊迸椎橱顺鼎概拎晕付菌来利吨迈促蒜带掉棒阔狼议吐亮药围迸宇注骋码持狙灰扭驴懈毗捷闺惮保役抒本轧恤售浇看馋蓄壬闺殷昧霞苛桅嚏易玫低镍泅剩梗谭嫉廊狂野姓感木液禽鞠临睡钥幅竿崇飘庇始尽叹孔埂阑逼临
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