不定积分
2017-12-01 10:19
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不定积分的定义
若在某个区间上, 函数 F(x) 和 f(x) 成立关系F′(x)=f(x)
或等价的,
dF(x)=f(x)dx
则称 F(x) 是 f(x) 在这个区间上的一个原函数。
一个函数 f(x) 的原函数全体称为这个函数的不定积分,记作 ∫f(x)dx。
不定积分的线性性质
若函数 f(x) 和 g(x) 的原函数都存在,则 ∀k1,k2∈R, 函数 k1f(x)+k2g(x) 的原函数也存在,且有∫[k1f(x)+k2g(x)]dx=k1∫f(x)dx+k2∫g(x)dx
证明:
设 F(x) 和 G(x) 分别为 f(x) 和 g(x) 的一个原函数,那么 k1F(x)+k2G(x) 是 k1f(x)+k2g(x) 的一个原函数,因此有
(1) ∫[k1f(x)+k2g(x)]dx=k1F(x)+k2G(x)+C
(2) k1∫f(x)dx+k2∫g(x)dx
=k1(F(x)+C1)+k2(G(x)+C2)=k1F(x)+k2G(x)+(k1C1+k2C2)
其中 C,C1,C2 代表任意常数, 所以上面两式的右端所表示的函数值相同。
第一类换元积分法
若 f(x) 可以通过等价变形化成 f~(g(x))g′(x),且函数 f~(u) 的原函数是 F~(u), 则:[F~(g(x))]′=F~′(g(x))g′(x)=f~(g(x))g′(x)=f(x)
因此: ∫f(x)dx=∫f~(g(x))g′(x)dx=F~(g(x))+C
第二类换元积分法
若 x=φ(t) 可导,φ′(t)≠0, 则 x=φ(t) 必存在反函数 t=φ−1(x) , 若∫f(φ(t))φ′(t)dt=F~(t)+C, 则
ddxF~(φ−1(x))
=F~′(t)dtdx
=f(φ(t))φ′(t)dtdx
=f(φ(t))φ′(t)1φ′(t)
=f(φ(t))=f(x)
因此 ∫f(x)dx=F~(φ−1(x))+C
分部积分法
设 u(x),v(x) 可微,则: d[u(x)v(x)]=v(x)[du(x)]+u(x)[dv(x)]⇒∫d[u(x)v(x)]=∫v(x)[du(x)]+∫u(x)[dv(x)]
⇒u(x)v(x)=∫v(x)[du(x)]+∫u(x)[dv(x)]
⇒∫u(x)[dv(x)]=u(x)v(x)−∫v(x)[du(x)]
⇒∫u(x)v′(x)dx=u(x)v(x)−∫v(x)u′(x)dx
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