Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

доп.материалы.Neopr_Integr_Jun_08_2011

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
226.75 Кб
Скачать

11

Случай 2: ax2 + bx + c = a(x ¡ x1)(x ¡ x2):

В этом случае применяется подстановка

p

ax2 + bx + c = t(x ¡ x1):

Выразим x через t: Имеем

ax2+bx+c = t2(x¡x1)2; a(x¡x1)(x¡x2) = t2(x¡x1)2; a(x¡x2) = t2(x¡x1);

x(a

¡

t2) = ax

2 ¡

t2x

; x =

ax2 ¡ t2x1

:

a ¡ t2

Отсюда получаем

 

 

1

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax2

 

t2x1

0

 

 

 

 

dx =

 

a

¡

dt;

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

 

¡

 

 

 

 

при этом множитель перед dt представляет собой рациональную функцию по переменной t: Таким образом, приходим к равенству

 

 

Z

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Z R µ

 

R(x;

ax2 + bx + c) dx =

 

 

dt;

 

¡ t2

 

 

¡ t2

a

 

; t

a

¡ t2

¡ x1

´

¶ µ

a

 

 

¡

 

³

 

 

¡

 

 

 

 

¡

0

 

ax2

t2x1

 

ax2

t2x1

 

 

 

 

ax2

t2x1

в правой части которого под интегралом стоит рациональная функция по переменной t:

Другие случаи и способы интегрирования иррациональностей вида (8) приведены в таблице из книги “Сборник задач по курсу высшей математики” под редакцией П.Е.Дюбюка и Г.И.Кручковича (изд. второе, Москва, изд-во “Высшая школа”, 1965 г.) на стр. 300, номера 16–17; а также в книге “Сборник задач по математики для Втузов” под редакцией А.В.Ефимова и А.С.Поспелова (4-е издание, Москва, изд-во Физ.-мат. лит., 2001) с. 130.

А именно, выделением полного квадрата в квадратном трехчлене и последующей заменой переменной

u = x + 2ba

интеграл (8) приводится к интегралу одного из следующих трех типов:

Z p Z p Z p

1) R(u; `2 ¡ u2) du; 2) R(u; `2 + u2) du; 3) R(u; u2 ¡ `2) du:

12

Эти интегралы с помощью тригонометрической или гиперболической подстановкой соответственно

 

 

 

 

 

 

1)

 

u = ` sin t

 

 

или

 

u = ` th t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

u = ` tg t

 

или

 

u = ` sh t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

u =

 

 

`

 

 

 

или

 

u = ` ch t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приводятся к интегралам вида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

R(sin t; cos t) dt

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

R(sh t; ch t) dt:

 

 

 

 

 

Пример. Пусть a > 0: Требуется найти неопределенный интеграл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z p

 

 

 

 

dx

в области x > a:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 ¡ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применим подстановку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a ch t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напомним, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ch t :=

et + e¡t

; sh t :=

et ¡ e¡t

; ch t + sh t = et:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a sh t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = a sh t dt;

x2 ¡ a2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³x + px2 ¡ a2

´;

x+px2 ¡ a2 = a ch t+a sh t = a(ch t+sh t) = aet; et =

 

 

a

 

 

 

 

 

t = ln x +

 

a

¡

 

 

 

 

= ln ³x + px2 ¡ a2´ ¡ ln a;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

x2

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

¡ t+C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

sh 2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z px2 ¡ a2 dx = a2

Z

sh2t dt =

 

 

 

Z (ch 2t ¡ 1) dt =

 

 

 

 

=

2

 

2

2

 

 

= 2 (sh t ch t ¡ t) + C1 = 2px2 ¡ a2 ¡ 2

 

ln ³x + px2 ¡ a2

´ + C2;

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где произвольные постоянные C1; C2 связаны между собой равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2 = C1 ¡

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln a:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Интегрирование иррациональностей вида

Z R µx;

 

´

 

; : : : ;

 

 

´

dx;

cx + d

 

cx + d

³

ax + b

r1

 

 

³pi

 

rn

 

 

 

 

 

 

 

ax + b

 

 

где a; b; c; d вещественные числа,

ri =

 

 

 

рац. числа (pi

 

qi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R рациональная функция от n + 1 переменных, т. е.

 

R(u1; u2; : : : ; un+1) =

P (u1; u2; : : : ; un+1)

;

Q(u1; u2; : : : ; un+1)

 

 

 

 

 

 

(9)

2 Z; qi 2 N);

P (u1; u2; : : : ; un+1); Q(u1; u2; : : : ; un+1) многочлены от n+1 переменных. Например,

P (u1; u2; : : : ; un+1) = 7 + u1 + u22 + 8u3 ¢ u34 + u1 ¢ u2 ¢ : : : ¢ un+1 + u7n ¢ u5n+1:

Обозначим через N наименьшее общее кратное чисел qi; т. е. наименьшее натуральное число, которое делится на все числа q1; q2; : : : ; qn:

Тогда подстановка

ax + b = tN cx + d

сводит интеграл (9) к интегрированию по t некоторой рациональной функции от одной переменной t: