上节课我们学习了在复合函数求导法则的基础上不定积分的换元积分法,包括第一类换元积分法、第二类换元积分法。现在我们利用两个函数的求导法则,来推得另一个求积分的基本方法-----分部积分法 设函数u=u(x)及v=v(x)具有连续导数,那么,两个函数乘积的导数公式为 (uv)'=u'v+uv' 移相得 uv'=(uv)'-u'v 对这个等式两边求不定积分,得 ∫uv'dx=uv-∫u'vdx (1) 公式(1)称为分部积分公式。如果求∫uv'dx有困难,而求∫u'vdx比较容易时,分部积分公式就可以发挥作用了。 为简便起见,也可以把公式(1)写成下面的形式 ∫udv=uv-∫vdu 现在通过列子来说明 列题1.求∫xlnxdx 解:设u=lnx,dv=dx,那么 ∫xlnxdx=∫lnxd(x^2/2) =x^2/2lnx-∫x^2/2d(lnx) =x^2/2lnx-1/2∫xdx =x^2/2lnx-x^2/4+C 列题2.∫arccosxdx 解:设u=arccosx,dv=dx,那么 ∫arccosxdx=xarccosx-∫xd(arccosx) =xarccosx+∫x/√(1-x^2)dx =xarccosx-1/2∫1/(1-x^2)^1/2d(1-x^2) =xarccosx-√(1-x^2)+C 总结1:在分部积分法运用比较熟练以后,就不必再写出哪一部分选作u,哪一部分选作dv,只要把被积函数表达式凑成φ(x)dv(x)的形式,便可使用分部积分公式 列题3.求∫x^2sin^2xdx 解:首选降幂,由于sin^2x=1/2(1-cos2x),所以 ∫x^2sin^2xdx=1/2∫x^2(1-cos2x)dx=1/6x^3-1/4∫x^2dsin(2x). 连续使用分部积分法,得 ∫x^2sin^2xdx=1/6x^3-1/4x^2sin2x+1/2∫xsin2xdx=1/6x^3-1/4x^2sin2x-1/4∫xdcos2x =1/6x^3-1/4x^2sin2x-1/4xcos2x+1/8sin2x+C 列题4.∫x^2e^xdx 解:设u=x^2,dv=e^xdx=d(e^x),那么 ∫x^2e^xdx=∫x^2d(e^x)=x^2e^x-∫e^xd(x^2)-2∫xe^xdx 这里∫xe^xdx比∫x^2e^xdx容易积出,因为被积函数中x的幂次前者比后者降低了一次,所以,对∫xe^xdx再使用一次分部积分法就可以了,于是 ∫x^2e^xdx=x^2e^x-2∫xe^xdx=x^2e^x-2∫xd(e^x) =x^2e^x-2(xe^x-e^x)+C =e^x(x^2-2x+2)+C 总结2:上面2个列子可以知道,如果被积函数是幂函数和正(余)弦函数或幂函数和指数函数的乘积,就可以考虑使用分部积分法,并设幂函数为u,这样用一次分部积分法就可以使幂函数的幂次降低一次,直至求出答案,这里假定的幂指数是正整数。 列题5。求∫xarctanxdx 解:∫xarctanxdx=1/2∫arctanxd(x^2) =x^2/2arctanx-1/2∫x^2/(1+x^2)dx =x^2/2arctanx-1/2∫(1+x^2-1)/(1+x^2)dx =x^2/2arctanx-1/2∫[1-1/(1+x^2)]dx =x^2/2arctanx-1/2(x-arctanx)+C =1/2(x^2+1)arctanx-1/2x+C 总结3:如果被积函数是幂函数和对数函数或幂函数和反三角函数的乘积,就可以考虑分部积分法,并设对数函数或反三角函数为u. 列题6.∫e^xsinxdx 解:∫e^xsinxdx=∫sinxd(e^x)=e^xsinx-∫e^xcosxdx 等式右端的积分与等式左端的积分是同一类型的,对右端的积分再用一次分部积分法,得 ∫e^xsinxdx=e^xsinx-∫cosxd(e^x) =e^xsinx-e^xcosx-∫e^xsinxdx 由于上式右端的第三项就是所求的积分∫e^xsinxdx,把它移到等号左端去,再两端同除以2,便得 ∫e^xsinxdx=1/2e^x(sinx-cosx)+C 因上式右端已不包含积分项,所以必须加上任意常数C 分部积分法三大总结对应的题型,如果小伙伴们不能够很好的理解,我们有下面这章表格,可以更加有利于你们的理解 (1)首先要将它写成∫udv(或∫uv'dx)的形式 (2)多次应用分部积分法,每分部积分一次得以简化,直至最后求出。 (3)用分部积分法有时可导出∫f(x)dx的方程,然后解出。 (4)有时用分部积分法可导出递推公式 在大学高数学习不定积分用分部积分法时,一般情况下,掌握前3种即可,即使考试最后的压轴题目也逃不出这个范围,对于考研的学子(只对数一)用分部积分法导出递推公式需要你们自己去多做题,去理解即可。 如果还有不明白或者不清楚的欢迎大家在下方的评论区留言。小编看到会第一时间回复。点击收藏分享下吧。 |
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