DDR 3 p.132-189
.pdfb
f (x)dx f (c)(b a) .
a
A number f(c) is called a mean-value of f(x) in [a, b].
a |
a |
11. а) f (x)dx 2 f (x)dx , if f (x) is an even function;
a |
0 |
a |
|
b)f (x)dx 0 , if f (x) is an odd function.
a
12. b f x dx b f t dt.
a |
a |
The variable of integration is a “dummy variable” in the sense that any other variable produces the same result, that is, the same number.
13. If |
f (x) |
has integral in [a, b] and x [a; b] , then |
||||
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x |
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а) Ф(x) f (t)dt exists and is continuous in [a, b] ; |
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a |
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d |
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d |
x |
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b) |
Ф(x) |
f (t)dt f (x) . |
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dx |
|||||
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dx |
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a |
|||
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6.3.Evaluating definite integrals
6.3.1.The fundamental theorem of integral calculus by Newton-
Leibniz
This section shows that there is an intimate connection between the definite integral and the derivative. This relationship, expressed in the fundamental theorem of integral calculus by Newton-Leibniz, provides a tool for computing many, but not all, definite integrals without having to form a single approximating sum. The argument will be intuitive.
Fundamental theorem. If f (x) is continuous on interval [a,b] and F(x) is any antiderivative of f (x) there, then
b
f (x)dx F(b) F(a) .
a
Usually, F(b) – F(a) is abbreviated by writing
b |
b |
|
f (x)dx F(x) |
F(b) F(a). |
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a |
a |
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152
The substitution method and integration by parts are the most general techniques.
6. 3.2. Substitution technique for a definite integral
Let f(x) be a continuous function on the interval [a, b], x (t) be a differentiable function on the interval [ ; ] , and ( ) a , ( ) b , then
b
f (x)dx f ( (t)) (t)dt .
6.3.3.Integration by parts
The integration by parts of definite integral is made according to the formula:
b |
b |
b |
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udv uv |
a |
vdu, |
|
a |
a |
||
|
where u and v are the differentiable functions of x on the interval [a, b].
T 6. Typical problems
Evaluate the given definite integrals.
1. 1 3x2 2x 3 dx.
2
Solution. Here f(x) = 3x2 2x + 3, a = 2; b = 1. Since an antiderivative of 3x2 2x + 3 is F(x) = x3 x2 + 3x, then:
1 3x2 2x 3 dx F 1 F 2 1 1 3 8 4 6 21.
2
If we had chosen F(x) to be x3 |
x2 + 3x + C, then F(1) F( 2) = |
1 1 3 C 8 4 6 C 21, |
as before. Since the choice of the |
value of C is immaterial, for convenience we shall always choose it to be 0, as originally done. Usually F(b) F(a) is abbreviated by writing: F x ba .
Hence we have 1 3x2 2x 3 dx x3 x2 3x 1 2
2
= (1 1 + 3) ( 8 4 6) = 21.
153
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2. 3 |
1 xdx 3 |
1 xd (1 x) |
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3 (1 x)4 |
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(0 1) |
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1 tg2 x |
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dx |
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3. |
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dx |
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d(1 tg x) |
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(1 tg x) |
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2 |
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cos |
2 |
x |
(1 tg x) |
2 |
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(1 tg x) |
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1 |
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1 |
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1 |
2 3 |
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1 tg x |
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1 tg |
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1 tg |
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1 |
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3 |
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2 |
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3 |
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3 |
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3 |
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3 |
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4. 2 |
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1 cos 2x dx |
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2 |
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sin x |
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dx |
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sin xdx |
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( sin x)dx |
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2 |
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cos x |
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cos x |
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2 |
( 1 0) (0 ( 1)) 2 . |
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2 |
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5. Find the mean-value of |
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f (x) |
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1 |
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in [2; 3]. |
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x 2 |
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x 1 |
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Solution. By property 10 |
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b |
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f (c) |
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f (x)dx , |
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b |
a |
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where f (c) is the mean-value of |
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f (x) |
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in [a; b] , c [a; b] . |
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We have |
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1 |
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|||||
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1 |
3 |
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dx |
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3 |
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d |
x |
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2 |
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2 |
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2x 1 |
|
3 |
||||||||||||||||||||||||
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f (c) |
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arctg |
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3 |
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2 |
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2 |
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|||||||||||||||||||||||||||
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2 2 x |
|
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x 1 |
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2 |
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1 |
2 |
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|
3 |
|
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|
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|
3 |
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|
3 |
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|
2 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
x |
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|
2 |
|
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|
|
|
|
2 |
|
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||||||||||||
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||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
(arctg |
|
|
5 |
|
arctg |
3) |
|
2 |
|
|
arctg |
|
3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
3 |
|
|
3 |
|
|
3 |
|
9 |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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Used a formula arctg arctg arctg |
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. |
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1 |
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154
|
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6. Show that 4 |
(x4 x2 ) tg xdx 0 . Do not evaluate the definite |
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integral. |
4 |
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Solution. Limits |
of integration |
are symmetrical to zero, namely if |
||||||
f (x) (x4 x2 ) tg x |
is odd, by property 11 the given integral is equal to 0. |
|||||||
We have: |
|
|
|
|||||
|
f ( x) (( x)4 ( x)2 ) tg( x) (x4 x2 ) tg x f (x) , |
|||||||
consequently, f (x) is the odd function. |
|
|||||||
7. Show that the substitution is not used x sin t |
to obtain the integral |
|||||||
|
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2 |
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|
ò x 3 1-x2 dx . |
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0 |
|
|
Solution. Domain of |
t is ( ; ) correspondent x |
[ 1; 1] , however the |
||||||
interval |
of the integral is [0; 2] . |
Therefore, do not use the substitution |
||||||
x sin t |
to obtain the integral |
|
|
In Problems 8 to 10 use the substitutions to evaluate the given definite integrals.
4 x2dx |
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8. I |
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. |
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x3 1 |
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2 |
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Solution. Case 1. I |
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t x3 1; |
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1 x 4 |
dt |
|
1 |
|
|
t |
|
|
x 4 |
|||||||||||
|
|
|
|
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||||||||||||||||||
|
|
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|
ln |
|
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|||||||||||||||||
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2 |
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|
t |
|
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|||||||||||
|
|
|
|
dt |
3x |
|
|
dx; |
|
|
3 x 2 |
|
3 |
|
|
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|
x 2 |
||||||
|
|
|
1 ln |
|
x3 |
1 |
|
|
|
4 |
|
1 |
ln 63 ln 7 |
1 ln 9. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
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||
|
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|
Case 2. Since t = x3 1, when x = 2 we have t = 7 when x = 4
t = 63. Thus |
I |
1 |
63 dt |
|
1 ln |
|
t |
|
|
63 |
|
1 |
ln 63 ln 7 |
1 ln 9. |
||||
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
2 |
|
dx |
|
|
3 |
7 |
t |
|
3 |
|
|
|
|
7 |
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||
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|
|
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||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||
9. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
2 |
cos x |
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
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155
Solution. The substitution tg 2x t transforms the integral to
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2 |
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tg |
x |
t, |
x 2 arctg t, |
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|
|
|
|
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|
|
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|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
dx |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2dt |
|
|
|
|
|
|
1 t |
2 |
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 cos x |
dx |
|
|
|
, cos x |
, |
|
|
|
= |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 t2 |
|
t |
0 |
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
2dt |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
dt |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
t |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
arctg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arctg |
|
|
|
|
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
1 t |
2 |
|
3 |
t |
2 |
3 |
|
|
3 |
|
0 |
3 |
|
3 |
3 3 |
|||||||||||||||||||
0 |
(1 |
t |
2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
) 2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
||||
|
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|
ln 5 |
e x |
xe x 1 dx. |
|
|
|
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|
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|
|
|
|
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|||||||
10. |
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
0 |
|
e |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
||
|
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Solution. Let e x 1 t , the limits of integration with respect to t are: when x = 0 we have e0 1 0 and when x = ln5 t =
eln 5 1 2 . Evaluate
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e x |
t 2 |
1 , e x dx 2tdt , |
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dx |
|
2tdt |
. |
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|
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|||||||||||||||||
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||||||||||||||||||||||
Then |
|
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|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
t 2 1 |
|
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|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||
ln 5 |
e x |
|
e x |
1 |
|
2 |
|
(t 2 |
1) |
t |
|
|
2tdt |
|
|
2 |
|
|
|
t 2 |
2 |
t 2 4 |
4 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
dt 2 |
|
|
|
|
|
|
dt |
|||||||
e |
x |
|
|
3 |
|
t |
2 |
|
|
|
2 |
1 |
|
t |
2 |
4 |
t |
2 |
|
4 |
|||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
4 t |
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
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2 4 . |
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||||||||
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2 (1 |
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)dt |
2(t |
2 arctg |
) |
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t |
2 |
2 |
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||||||||||||||||||||||||||
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0 |
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4 |
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0 |
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In Problems 11 to 13 apply integration by parts. |
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11. Evaluate I 4 ln x dx. |
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1 |
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x |
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Solution. We try |
u ln x |
and dv |
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dx |
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. Then |
du dx |
and |
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x |
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x |
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1 |
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1 |
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4 |
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4 |
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x dxx 4 ln 4 4 |
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4 |
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||||||||
v = x |
|
2 dx 2x 2 . Thus I = 2 |
|
x ln x |
1 |
|
2 |
x |
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1 |
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|||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
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156
=4ln4 8 + 4 = 4(ln4 1).
12. 2 x 2 sin xdx .
0
Solution. Apply integration by parts twice:
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dv sin xdx, |
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||||||
|
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2 |
x 2 sin xdx |
|
u x 2 , |
|
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||||||||||||||||
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|
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|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
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|
|
du 2xdx, |
v |
cos x |
|
|
|
|
||||||
|
|
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|
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|
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||||
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||||||
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|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
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u x, |
dv cos xdx, |
|
|||||||
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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|
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|
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||||||||||||
x 2 |
cos x |
|
2 |
|
2 x cos xdx |
2 x cos xdx |
|
||||||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
du dx, v sin x |
|
|||||||||
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2 |
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2x sin x |
|
2 |
2 sin xdx |
2 cos x |
|
2 |
2 . |
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|||||||||||||||||
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0 |
0 |
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|
0 |
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|
13. 2 sin n xdx ( n is a natural number).
0
Solution.
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J n |
|
2 sin n |
xdx |
u sinn 1 x, |
dv |
sin xdx, |
|
|
|
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|
du (n 1)sinn 2 xcos xdx, |
v |
cos x |
|
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|
0 |
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|
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|
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|
|
2 |
|
|
|
|
cos x sin n 1 |
x |
|
2 |
(n 1) cos2 |
x sin n 2 |
xdx |
||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(n 1) 2 (1 sin 2 x) sin n 2 xdx (n 1) 2 sin n 2 xdx (n 1) 2 sin n xdx .
0 |
0 |
0 |
Thereby
J n (n 1)J n 2 (n 1)J n .
Thereafter
157
J n nn 1 J n 2 .
If n 2k 1 is an odd number, we get a recursion formula. Recall that
|
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|
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|
2 |
|
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|
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|
J1 sin xdx cos x |
|
2 |
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Then |
|
(2k 2)!! |
|
|
|
|
|
(2k 2)(2k 4) 4 2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
J 2k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( k N ). |
|||||||||||||
(2k 1)!! |
|
|
(2k 1)(2k 3) 5 3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||||||||
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
If n 2k is an even number and recalling that J 0 |
|
|
|
|
dx |
|
, |
||||||||||||||||
|
0 |
|
|||||||||||||||||||||
we get a recursion formula |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
J 2k |
(2k 1)!! |
|
|
|
|
|
(2k 1)(2k 3) 3 1 |
|
|
|
|
|
( k N ) . |
||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
(2k)(2k 2) 4 2 |
|
|
2 |
|
|
||||||||||||
|
(2k)!! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T 6. Exercises for class and homework
Evaluate the given definite integrals.
|
16 |
|
|
x 4 |
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
|
|
|
dx . |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
x 2 |
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
dx |
|
|
|
|
||||||
4. |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|||||
|
2 cos x 3 |
||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
4 |
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
|
|
|
|
dx . |
|
|
||||||
|
|
x 1 |
|
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ln14 |
e |
x |
e |
x |
5 |
|
||||||
10. |
|
|
|
|
|
dx . |
|||||||
|
|
e |
x |
|
|
||||||||
|
ln 5 |
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a
13. a 2 x 2 dx .
0
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
||
2. |
|
|
x |
|
x 2 1dx . |
||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
sin |
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
5. |
|
|
|
|
x |
|
dx . |
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
x |
|
|
|
|
8. |
|
|
|
|
dx . |
|
|||
|
1 x |
|
|||||||
|
0 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln 2 |
|
|
|
|
||||
11. |
|
|
|
|
|
1 e2x dx . |
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
dx |
|
|
14. |
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2 x5 |
|
x 2 1 |
|
|
e |
dx |
|
|
||
3. |
|
|
. |
|||
|
|
|
||||
|
1 |
x 1 ln 2 x |
||||
|
2 |
dx |
|
|
||
6. |
|
. |
|
|||
x(x 1) |
|
|||||
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
14 |
x |
|
|
|
|
9. |
|
dx . |
||||
2 x |
||||||
|
2 |
|
|
1
12. x 2 1 x 2 dx .
0
15. 2 dx .
1 x x3
158
|
3 |
|
dx |
|
|
16. |
|
|
. |
||
x |
x 2 5x 1 |
||||
|
1 |
|
|||
|
e 2 |
|
|
||
19. |
ln(x 2)dx . |
|
|||
|
0 |
|
|
|
1
17. xe x dx .
0
|
|
|
|
|
|
20. 3 |
xdx |
|
. |
||
2 |
|
||||
|
sin |
x |
|||
|
4 |
|
|
|
|
Answers
18. 4 x cos 2xdx .
0
e
21. ln 2 xdx ;
1
1. 12. |
2. |
26 |
. 3. |
|
. |
4. |
|
|
|
2 |
|
arctg |
|
1 |
|
. |
|
5. 1. |
|
6. ln |
|
4 |
. |
7. |
3. |
8. 2 |
|
|
|
. 9. 88 . |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
||
11. |
|
3 |
|
ln(2 |
|
3) . |
12. |
|
|
|
|
. |
|
|
13. |
|
a |
2 |
. |
14. |
|
|
1 |
|
( |
|
7 |
3 |
8) . |
15. |
|
1 |
ln |
8 |
. |
||||||||||||||
|
2 |
|
16 |
|
|
|
|
4 |
|
32 |
|
|
2 |
2 |
5 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
16. ln |
|
7 2 |
7 |
. |
17.1 2/ e . |
18. |
|
|
|
1 |
. 19. 2 2ln 2 . |
20. |
|
|
|
(9 4 |
3) |
1 |
ln |
3 |
|
. 21. |
e 2 . |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
9 |
|
8 |
|
4 |
|
36 |
|
2 |
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T 6. Individual test problems
Use the substitution to evaluate the integrals.
293 (x 2)2
1.3 3 3 (x 2)2 dx .
8 |
x 1 1 |
|
|
4. |
dx . |
||
|
|||
3 |
x 1 1 |
ln 5 |
e x |
xe x 1 dx . |
||||||||
7. |
||||||||||
0 |
|
e |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
10. |
|
|
|
|
|
. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
0 1 |
2x 1 |
|||||||||
0.5 ln 2 |
|
e x dx |
||||||||
13. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
. |
|
|||
|
e |
x |
e |
x |
||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
16. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
0 |
x 1 |
(x 1)3 |
ln 2 |
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
||
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||
|
e |
x |
(3 e |
x |
) |
|||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
0 |
2x |
3x 1 |
|||||||||||||
ln 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
|
|
|
|
|
e x |
1dx . |
|||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 / 3 |
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
|
||||||
11. |
|
|
|
|
. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
2 / 3 |
|
|
|
3x 2 |
|
|
|
||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
||
14. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
11 |
|
|
x 1 |
|
|
|
|||||||||
|
5 |
|
|
|
|
|
xdx |
|
|
|
|
|
|
|
||
17. |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
0 |
|
|
|
|
3x 1 |
|
|
|
|
|
|
8 |
xdx |
|
|
3. |
. |
||
|
|||
3 |
x 1 |
|
2 ln 2 |
|
dx |
|
|
|
|
|
|||||
6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
||
|
|
e |
x |
|
|
|
|||||||
|
ln 2 |
|
1 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
5 |
|
|
xdx |
|
|
|
|
|
|
|||
9. |
|
|
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
0 |
|
|
x 4 |
|
|
|
|
|
||||
|
ln 3 |
|
|
dx |
|
|
|
|
|
||||
12. |
|
|
|
|
|
. |
|||||||
e |
x |
e |
x |
||||||||||
|
ln 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
x2 dx |
|
|
|
|
|||||
15. |
|
|
. |
|
|||||||||
|
|
4 |
|||||||||||
|
0 |
(1 x) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 7 |
|
|
x2 dx |
|
|
|||||||
18. |
|
|
|
. |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
0 |
|
|
9 x3 |
159
|
|
5 |
|
|
x |
2 |
dx |
|
|
|
|
|
/ 2 |
|
cos xdx |
|
|
0 |
|
|
x |
|
|
|
||||||||||
19. |
|
|
|
|
|
|
. |
20. |
|
|
. |
21. |
1 e x dx . |
|||||||||||||||||||||
|
(x 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
x 1 |
|
0 |
|
|
4 sin x |
ln 3 |
1 e |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
ln 2 |
|
dx |
|
|
|
|
|
e3 |
|
dx |
|
|
|
|
|
|
ln 3 |
dx |
|
||||||||||||||
22. |
|
|
|
|
|
|
. |
23. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
24. |
|
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0 |
|
|
e x 1 e 2x |
|
1 x 1 ln x |
|
|
|
|
ln 2 |
1 e x |
|||||||||||||||||||||
|
e3 |
|
|
ln xdx |
|
|
|
|
|
26 |
x3dx |
|
|
|
|
9 |
|
|
xdx |
|
|
|
|
|||||||||||
25. |
|
|
|
|
. |
|
|
26. |
|
|
|
|
|
. |
27. |
|
|
. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
(1 x |
2 |
) |
2 / 3 |
|
x 1 |
|
|||||||||||||||||
|
e |
2 x(1 ln |
|
|
x) |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
13 |
(x 1)dx |
|
|
|
|
|
|
ln12 |
|
dx |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
xdx |
|
|
||||||||||
28. |
. |
29. |
|
|
|
|
|
. |
|
|
30. |
|
. |
|||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
|
2x 1 |
|
|
|
|
|
ln 5 |
|
4 e x |
|
|
|
|
1 |
5 4x |
|
|
|
Topic 7. Improper integrals
Improper integrals: integral of integration unbounded and integrand unbounded. Definitions and evaluation. Convergent and divergent improper integrals.
Literature: [1, section 8], [3, term 7, §2], [6, section 9, п. 9.4], [7, section 11, §7], [9, §40].
T 7. Main concepts
7.1. Improper integrals: integral of integration unbounded
There is the first type of improper integral. Suppose f(x) is continuous and nonnegative for a x ∞ (see fig. 2.2).
у
у=f(x)
О а |
|
b х |
Fig. 2.2
We know that integral b f x dx is the area
a
of the region between the curve y = f(x) and the x-axis from x = a to x = b. As b ∞, we may
think of lim b f x dx as the area of the
b a
unbounded region that is shaded in fig.2.2. This limit is abbreviated by
f x dx ,
a
160
called the first type of improper integral. If this limit exists, f x dx is said
a
to be convergent or to converge to that limit. In this case the unbounded region is considered to have a finite area, and this area is represented by
f x dx . If the limit does not exist, the improper integral is said to be
0
divergent and the region does not have a finite area.
We can remove the restriction that f(x) 0. In general, the improper
|
|
|
|
|
integral f x dx is defined by |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
f x dx |
lim A |
f x dx . |
|
|
|
A |
|
|
a |
|
a |
|
|
|
|
|
b |
|
Other forms of improper integrals are |
f x dx and |
f x dx . In each |
||
|
|
|
|
|
of three forms of improper integrals, the interval over which the integral is evaluated has infinite length.
The improper integral b f x dx is defined by
If this limit exists,
divergent.
b |
f x dx |
lim |
b |
f x dx . |
|
|
B |
|
|
|
|
|
B |
|
b f x dx is said to be convergent. Otherwise, it is
|
|
|
|
|
|
The improper integral |
|
f x dx is defined in terms: |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
A |
|
|
f (x)dx |
lim |
|
f (x)dx lim |
f (x)dx , |
|
B |
A |
|
||
|
|
|
B |
c |
|
where c is the real number.
If both integrals on the right side are convergent, then f x dx is said to
be convergent. Otherwise, it is divergent.
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