- •7. Интегральное исчисление функций одной переменной (24 часа)
- •1. Неопределённый интеграл
- •1.1. Первообразная и неопределённый интеграл
- •1.2. Основные свойства неопределённого интеграла
- •1.3. Таблица неопределённых интегралов
- •1.4. Интегрирование методом замены переменной
- •1.5. Интегрирование по частям
- •Интегралы, берущиеся "по частям"
- •1.6. Интегрирование простейших рациональных дробей
- •1.7. Интегрирование рациональных дробей
- •1.8. Интегрирование некоторых иррациональных выражений
- •1.9. Интегрирование некоторых классов тригонометрических функций
- •2. Определенный интеграл
- •2.1. Понятие определенного интеграла
- •Геометрический смысл определенного интеграла
- •2.2. Основные свойства определенного интеграла
- •2.3. Определенный интеграл, как функция верхнего предела. Теорема Барроу
- •2.4. Формула Ньютона – Лейбница
- •2.5. Замена переменной в определенном интеграле
- •2.6. Интегрирование по частям в определенном интеграле
- •2.7. Геометрические приложения определенного интеграла
- •2.8. Несобственные интегралы
- •7. Интегральное исчисление функций одной переменной (18 часов)
- •Основная
- •Дополнительная
где (α ≠ β) берутся при помощи следующих формул:
sin αx cosβx = |
|
1 |
|
(sin(α +β)x + sin(α −β)x); |
||
2 |
|
|||||
|
|
|
||||
cos αx cosβx = |
|
1 |
|
(cos(α +β)x + cos(α −β)x); |
||
2 |
|
|||||
|
|
|
||||
sin αx sin βx = |
1 |
|
(cos(α −β)x − cos(α +β)x). |
|||
2 |
|
|||||
|
|
|
|
7.Интегралы вида ∫tg m xdx или ∫ctg m xdx , где ò ≥ 2 - целое число, сводятся к
табличным интегралам, если к подынтегральной функции прибавить и отнять tg m−2 x или ctg m−2 x .
Пример. ∫tg 4 x dx = ∫((tg 4 x + tg 2 x)− tg 2 x)dx = ∫tg 2 x(1 + tg 2 x)dx −
|
|
− ∫((tg 2 x +1)−1)dx = ∫tg 2 x |
|
|
dx |
|
|
− ∫ |
dx |
|
+ ∫dx = |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
x |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
cos |
x |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
∫tg 2 x d tg x − tg x + x = |
tg3 x |
|
− tg x + x +C . |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАМЕЧАНИЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В интегралах вида |
|
∫sin m x cosn x dx |
при четных отрицательных |
m и n иногда |
||||||||||||||||||||||||||||||
удобно использовать тригонометрическое тождество sin 2 x + cos2 x =1. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пример. ∫ |
|
|
|
dx |
|
|
= ∫ |
sin 2 x + cos2 x |
dx |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
sin |
2 |
x cos |
4 |
x |
sin |
2 |
x cos |
4 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
= ∫ |
1 |
|
dx + ∫ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
dx = |
∫ |
|
1 |
|
|
d tg x + 4∫ |
|
1 |
|
dx = |
||||||||||||
4 |
|
sin |
2 |
x cos |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
sin |
2 |
2x |
||||||||||||||||||||
|
cos |
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
cos |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
= ∫(1 + tg2 x)d tg x + 2∫ |
|
|
1 |
|
|
|
d(2x)= tg x + tg3 x |
− 2ctg 2x +C . |
||||||||||||||||||||||||||
sin2 |
|
2x |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
2. Определенный интеграл
2.1.Понятие определенного интеграла
Пусть на отрезке [а;b] задана непрерывная функция y = f (x) (рис. 1). Разделим
[а;b] на части произвольными точками: a = x0 < x1 < x2 <... < xn = b . Обозначим через xi = xi+1 − xi .
Рис. 1.
17
На каждом частичном отрезке [xi ; xi+1 ] |
разбиения выберем произвольную точку |
|||||||||||||||||
ξi [xi ; xi+1 ]. В каждой точке ξi |
вычислим значение функции |
f (ξi ) . |
|
|||||||||||||||
Составим сумму S n |
= n∑−1 |
f (ξi ) |
xi |
, которую будем называть интегральной |
||||||||||||||
суммой функции f |
|
i =0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
, соответствующей этому разбиению. |
|
|
|
|
||||||||||||||
Обозначим через λ = |
max |
|
|
|
xi |
максимальную длину частичных отрезков [xi ; xi+1 ]. |
||||||||||||
|
|
|
|
0≤i≤n−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определение. Пусть |
f (х) |
непрерывная функция на [а;b]. Если существует предел |
||||||||||||||||
последовательности интегральных сумм Sn |
при |
λ → 0 (и |
n → ∞ ), |
независящий от |
||||||||||||||
способа разбиения отрезка [а;b] |
и от выбора точек ξi , то он называется определенным |
|||||||||||||||||
интегралом от функции |
f (х) на отрезке [а;b]. Функция |
f (х) называется при этом |
||||||||||||||||
интегрируемой на [а;b]. |
|
|
|
|
|
|
n−1 |
|
|
|
b |
|
|
|
|
|||
|
|
|
lim Sn = |
|
lim |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Обозначается: |
|
|
∑ f (ξi ) |
xi = ∫ f (x)dx , |
|
|
||||||||||||
|
|
|
λ→0 |
max |
|
x →0 |
i=0 |
|
|
|
a |
|
|
|
|
|||
|
|
|
n→∞ |
n→∞ |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где a - называется нижним пределом |
интегрирования; |
а |
b - |
верхним пределом |
||||||||||||||
интегрирования. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Геометрический смысл определенного интеграла |
|
|||||||||||||||
Пусть |
функция |
y = f (x) |
непрерывна |
и |
неотрицательна на [а;b]. Произведение |
|||||||||||||
f (ξi ) |
xi |
численно равно площади прямоугольника, имеющего основание [xi ; xi+1 ] и |
||||||||||||||||
высоту f (ξi ) . |
|
|
|
|
|
[xi ; xi+1 ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Построив на каждом отрезке |
|
такой прямоугольник, получим ступенчатую |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n−1 |
|
|
|
|
фигуру, площадь которой равна интегральной сумме Sn = ∑ f (ξi ) |
xi . |
|||||||||||||||||
|
λ → 0 , то площадь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=0 |
|
|
|
|
|||
Если |
|
ступенчатой фигуры будет |
стремиться |
к площади так |
||||||||||||||
называемой криволинейной трапеции, ограниченной кривой |
y = f (x) , |
прямыми x = a , |
||||||||||||||||
x = b и осью Ox (рис. 2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b
Таким образом ∫ f (x)dx = S . a
Рис. 2.
ЗАМЕЧАНИЕ 1
Понятие определенного интеграла так, как мы его определили, было введено для непрерывных функций французским математиком Коши. Говорят, что непрерывная на
отрезке [а;b] функция интегрируема на нем в смысле Коши.
В общем случае – для функций не обязательно непрерывных – может существовать предел интегральных сумм, тогда говорят, что функция интегрируема в смысле Римана. Это определение дано немецким математиком Б. Ф. Риманом (1826-1866гг.).
ЗАМЕЧАНИЕ 2
18