两类不定积分巧解

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   摘  要:本文就高等数学中的两类不定积分的计算给出了更简捷的方法,以期帮助读者提高解题效率。
   关键词:分部积分;表格法;循环积分
  在高等数学中,当被积函数函数出现两类不同类型的函数乘积时,一般要用分部积分公式计算。但对于以下两类积分,如果按照常规的方法来求解计算量会很大,而且也不易得出正确结果。为了提高解题效率,笔者就给出更简捷的方法,供广大读者参考。
  一、■pn(x)v■(x)dx型积分的解题技巧
  对于■pn(x)v■(x)dx型积分,其中pn(x)为变量的次多项式,函数v■(x)为具有n+1阶导数的函数vx的n+1阶导函数,直接运用不定积分的分部积分公式的求解过程如下:
  ■pn(x)v■(x)dx=■pn(x)dv■(x)=pn(x)v■(x)-■v■(x)dpn(x)
  =pn(x)v■(x)-■v■(x)Pn-1(x)dx=pn(x)v■(x)-■pn-1(x)dv■(x)
  =pn(x)v■(x)-■pn-1(x)dv■(x)
  =pn(x)v■(x)-[pn-1(x)v■(x)-■v■(x)dPn-1(x)]
  =pn(x)v■(x)-pn-1(x)v■(x)+■v■(x)Pn-2(x)dx           (1)
  在(1)式中, pn-1(x)是一个n-1次多项式,这里,我们也用Pn-1(x)来表示函数pn(x)的导函数.类似地,Pn-1(x)是一个n-i次多项式,也表示次多项式Pi(x)的导函数(i=1,2,…,n-1).
  对(1)式等号右边的积分,再应用分部积分公式次,得到下列结果:■pn(x)v■(x)dx=-pn(x)v■(x)-pn-1(x)v■(x)+pn-2(x)
  v■(x)-…+(-1)n+1P0(x)v(x)                                    (2)
  不难看出,上述解法解题计算量大,虽过程重复单一,但会很繁琐.
  观察(2)式,我们不难发现,(2)式有以下特点:
  (1)积分运算式有项;
  (2)除函数本身所带符号外,符号正负相间;
  (3)各项的第一个因式由pn(x)及其各阶导函数构成,且导函数由pn(x)始降阶排列;第二个因式由对v■(x)的1次,2次,…,次积分的一个原函数构成.
  注意到上述规律,我们可以列一个表格如下:
  
   (3)
  表格的第一行竖线右边的函数是依次对pn(x)求导数得到的各阶导函数,第二行是对依次求积分得到的一个原函数.v■(x)这样,(2)式的结果可以通过(3)式表格交错相乘,符号正负相间得到。我们不妨把这种方法称为表格法.
  下面通过两个例子来说明表格法的应用.
  【例1】求不定积分.
  【解】 列表如下:
  
  根据上表,得到
  
                   .
  【例2】求不定积分■v■ln2xdx.
  【解】此题如果直接利用表格法计算也较为困难,我们来做一个变换:lnx=t,则x=et,dx=etdt,于是
  对上式最后一个积分使用表格法,列表如下:
  故
  .
  二、一类循环积分的解题技巧
  在使用分部积分公式解题时,如果被积函数是指数函数与三角函数的乘积,则此类积分会出现循环,我们不妨称之为循环积分.
  对于循环积分,直接计算计算量也较大,因此,笔者也就循环积分给出一种简捷计算公式.
  公式一:
  ,其中a2+c2≠0.
  公式二:
  ,其中a2+c2≠0.
  上述两个公式利用分部积分法不难得出,这里证明从略.
  【例3】计算不定积分.
  【解】利用公式一得到:
  
  
  
  参考文献:
  [1] 《高等数学》高等教育出版社 同济大学数学教研室编 (第六版).
  [2] 黄庆怀《高等数学辅导讲义》.
  [3] 陈文灯 世界图书出版社  《考研数学复习指南(理工类)》
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