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§3分部积分法目的要求】1、不定积分的分部积分方法;2、用分部积分
§3 分部积分法
目的要求】
1、不定积分的分部积分方法;
2、用分部积分法求积分的常用被积函数类型介绍及技巧.
【重点难点】
u、dv的设法及积分技巧.
【教学内容】
前面我们在复合函数求导法则的基础上,得到了换元积分法.现在我们利用两个函数乘积的求导法则,来推得另一个求积分的基本方法——分部积分法.
设函数及具有连续导数,那么两个函数乘积的导数公式为
,
移项,得 .
对这个等式两边求不定积分,得
(1)
公式(1)称为分部积分公式.如果求有困难,而求比较容易时,分部积分公式就可以发挥作用了.
为简便起见,也可把公式(1)写成下面的形式:
(2)
现在通过例子说明如何运用这个重要公式.
例 1 求.
解 这个积分用换元积分法不易求得结果.现在试用分部积分法来求它.但是怎样选取和呢?如果设,,那么,,代入分部积分公式(2),得
,
而容易积出,所以
.
求这个积分时,如果设,,那么
,.
于是 .
上式右端的积分比原积分更不容易求出.
由此可见,如果和选取不当,就求不出结果,所以应用分部积分法时,恰当选取和是一个关键.选取和一般要考虑下面两点:
(1) 要容易求得;
(2) 要比容易积出.
例 2 求.
解 设,,那么,,于是
.
运用分部积分公式(2)的形式,如上列例1,例2的求解过程也可表述为
.
.
例 3 求.
解 设,,那么
.
这里比容易积出,因为被积函数中的幂次前者比后者降低了一次.由例2可知,对再使用一次分部积分法就可以了,于是
.
总结上面三个例子可以知道,如果被积函数是幂函数和正(余)弦函数或幂函数和指数函数的乘积,就可以考虑用分部积分法,并设幂函数为.这样用一次分部积分法就可以使幂函数的幂次降低一次.这里假定幂指数是正整数.
例 4 求.
解 设,,那么
.
例 5 求.
解 设,,那么
.
在分部积分法运用比较熟练以后,就不必再写出哪一部分选作,哪一部分选作.只要把被积表达式凑成的形式,便可使用分部积分公式.
例 6 求
解
.
总结上面三个例子可以知道,如果被积函数是幂函数和对数函数或幂函数和反三角函数的乘积,就可以考虑用分部积分法,并设对数函数或反三角函数为.
例 7 求.
解 ,
等式右端的积分与等式左端的积分是同一类的.对右端的积分再用一次分部积分法,得
,
由于上式右端的第三项就是所求的积分,把它移到等号左端去,再两端同除以2,便得
.
因上式右端已不包含积分项,所以必须加上任意常数.
例 8 求.
解
.
由于上式右端的第三项就是所求的积分,把它移到等号左端去,再两端同除以2,便得
.
例 9 求.
解
.
所以 .
同样的方法可推出:
.
在积分的过程中往往要兼用换元法与分部积分法,如例5,下面再来举一个例子.
例 10 求.
解 令,则.于是
.
利用例2的结果,并用代回,便得所求积分:
.
各类积分法小结
至此,我们研究了不定积分的计算方法:直接积分法、凑微分法、换元积分法和分部积分法.一般地,直接积分法使用于求简单被积函数的积分;凑微分法(第一类换元法)较适合于求积分表达式能分解成f[g(x)]d[g(x)]形式的不定积分;第二类换元法较适合求被积函数中包含根式,或含有反三角函数,或需要有理化分母的不定积分;分部积分常用于求以幂函数与对数函数,幂函数与指数函数或幂函数与三角函数的乘积作被积函数的不定积分.
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