доп.материалы.Neopr_Integr_Jun_08_2011
.pdf11
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: