Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Интегрирование методом подстановки




Непосредственное интегрирование

Основные формулы интегрирования

1. С – константа 1*.  
2. , n ≠ –1    
3.    
4.  
5.  
6.  
7.  
8.  
9.  
10.
11.
12.  
13.  
14.  

Вычисление интегралов с помощью непосредственного использования таблицы простейших интегралов и основных свойств неопределенных интегралов называется непосредственным интегрированием.

Пример 1.

Пример 2.

Пример 3.

Это наиболее распространенный метод интегрирования сложной функции, состоящий в преобразовании интеграла с помощью перехода к другой переменной интегрирования.

Если интеграл затруднительно привести к табличному с помощью элементарных преобразований, то в этом случае пользуются методом подстановки. Сущность этого метода заключается в том, что путём введения новой переменной удаётся свести данный интеграл к новому интегралу, который сравнительно легко берётся непосредственно.

Для интегрирования методом подстановки используют схему решения:

1) часть подынтегральной функции заменить новой переменной;

2) найти дифференциал от обеих частей замены;

3) всё подынтегральное выражение выразить через новую переменную (после чего должен получиться табличный интеграл);

4) найти полученный табличный интеграл;

5) выполнить обратную замену.

Найдите интегралы:

Пример 1 . Подстановка:cosx=t, -sinxdx = dt,

Решение:

Пример 2. ∫e-x3x2dx Подстановка:-x3=t, -3x2dx=dt, Решение: ∫e-x3x2dx=∫et(-1/3)dt=-1/3et+C=-1/3e-x3+C

Пример 3.Подстановка:1+sinx=t , cosxdx=dt ,

Решение: .

РАЗДЕЛ 1.5. Определенный интеграл, методы его вычисления.

п.1 Понятие определенного интеграла

Задача. Найти приращение функции, первообразной для функции f(x), при переходе аргумента x от значения a к значению b.

Решение. Положим, что интегрированием найдено: (x)dx = F(x)+C.

Тогда F(x)+C1, где С1 - любое данное число, будет одной из первообразных функций для данной функции f(x). Найдем её приращение при переходе аргумента от значения a к значению b. Получим:

[F(x)+C1 ]x=b - [F(x)+C1 ]x=a=F(b) +C1 - F(a) -C1 =F(b)-F(a)

Как видим, в выражении приращения первообразной функции F(x)+C1 отсутствует постоянная величина C1. А так как под C1 подразумевалось любое данное число, то полученный результат приводит к следующему заключению: при переходе аргумента x от значения x=a к значению x=b все функции F(x)+C, первообразные для данной функции f(x), имеют одно и то же приращение, равное F(b)-F(a).



Это приращение принято называть определенным интегралом и обозначать символом: и читается: интеграл от а до b от функции f(x) по dх или, короче, интеграл от а до b от f(х)dх.

Число а называется нижним пределом интегрирования, число b - верхним; отрезок а ≤ x ≤ b – отрезком интегрирования. Предполагается при этом, что подынтегральная функция f(x) непрерывна при всех значениях x, удовлетворяющих условиям: a x b

Определение. Приращение первообразных функций F(x)+C при переходе аргумента x от значения x=a к значению x=b, равное разности F(b)-F(a), называется определенным интегралом и обозначается символом: так, что если (x)dx = F(x)+C, то = F(b)-F(a) - данное равенство называется формулой Ньютона - Лейбница.

п.2 Основные свойства определённого интеграла

Все свойства сформулированы в предложении, что рассматриваемые функции интегрируемы в соответствующих промежутках.

  1. Определённый интеграл с одинаковыми пределами равен нулю:
  2. При перестановке пределов интегрирования знак интеграла меняется на противоположный:

= -

  1. Отрезок интегрирования можно разбивать на части: = + , где а < c < b
  2. Постоянный множитель можно выносить за знак интеграла: = c .
  3. Интеграл от алгебраической суммы функций равен такой же алгебраической сумме интегралов от всех слагаемых:

п. 3 Непосредственное вычисление определенного интеграла

Для вычисления определённого интеграла, когда можно найти соответствующий неопределенный интеграл, служит формула Ньютона – Лейбница

=

т.е. определённый интеграл равен разности значений любой первообразной функции при верхнем и нижнем пределах интегрирования.

Из этой формулы виден порядок вычисления определенного интеграла:

1) найти неопределенный интеграл от данной функции;

2) в полученную первообразную подставить вместо аргумента сначала верхний, затем нижний предел интеграла;

3) из результата подстановки верхнего предела вычесть результат подстановки нижнего предела.

Пример 1: Вычислить интеграл:

Пример 2: Вычислить интеграл:

п.4 Вычисление определенного интеграла методом подстановки

Вычисление определенного интеграла методом подстановки состоит в следующем:

1) часть подынтегральной функции заменить новой переменной;

2) найти новые пределы определенного интеграла;

3) найти дифференциал от обеих частей замены;

4) всё подынтегральное выражение выразить через новую переменную (после чего должен получиться табличный интеграл); 5) вычислить полученный определенный интеграл.

Пример 1: Вычислить интеграл:

Подстановка: 1+cosx=t, -sinxdx = dt,

РАЗДЕЛ 1.6. Геометрический смысл определенного интеграла.

Площадь криволинейной трапеции:

Известно, что определенный интеграл на отрезке представляет собой площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции f(x).

Площадь фигуры, ограниченной некоторыми линиями может быть найдена с помощью определенных интегралов, если известны уравнения этих линий.

Пусть на отрезке [а; b] задана непрерывная функция у = ƒ(х) ≥ 0. Найдем площадь этой трапеции.

Площадь фигуры, ограниченной осью 0x, двумя вертикальными прямыми x = a, x = b и графиком функции у = ƒ(х) (рисунок), определяется по формуле:

 

В этом заключается геометрический смысл определённого интеграла.

Пример 1: Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями: у=х2.+2, у=0, х= -2, х=1.

Решение :Выполним чертеж (обратите внимание, что уравнение у=0 задает ось Ох).


 

 

Ответ:S = 9 ед2

 

Пример 2:Вычислить площадь фигуры, ограниченной линиями: у= - ех, х=1 и координатными осями.

Решение: Выполним чертеж.
Если криволинейная трапеция полностью расположена под осью Ох, то её площадь можно найти по формуле:

 

В данном случае:

Ответ:

Внимание! Если Вам предложено найти площадь фигуры с помощью определенного интеграла, то площадь всегда положительна! Именно поэтому в только что рассмотренной формуле фигурирует минус.

РАЗДЕЛ 1.7. Применение определенного интеграла

п.1 Вычисление объема тела вращения

Если криволинейная трапеция прилежит к оси Оx, а прямые у=a, у=b и график функции у=F(x) (Рис.1), тогда объем тела вращения определяется по формуле, содержащей интеграл.

Объем тела вращения равен:

Пример:

Найти объём тела, ограниченного поверхностью вращения линии вокруг оси Ох при 0≤ х ≤4.

Решение:V

ед3. Ответ:ед3.

 

РАЗДЕЛ 3.1. Обыкновенные дифференциальные уравнения

п.1 Понятие о дифференциальном уравнении

Определение. Дифференциальным уравнением называется уравнение, содержащее функцию от совокупности переменных и их производных.

Общий вид такого уравнения =0, где F- известная функция своих аргументов, заданная в фиксированной области; х - независимая переменная(переменная, по которой дифференцируется);у - зависимая переменная (та, от которой берутся производные и та, которую надо определить); - производная зависимой переменной у по независимой переменной х.

п.2 Основные понятия дифференциального уравнения

Порядком дифференциального уравнения называется порядок старшей производной, входящей в него.

Например:

- уравнение второго порядка, - уравнение первого порядка.

Всякая функция, связывающая переменные и обращающая дифференциальное уравнение в верное равенство, называется решением дифференциального уравнения.

Общим решением дифференциального уравнения первого порядка называется функция от и произвольной постоянной С, обращающая это уравнение в тождество по .

Общее решение, записанное в неявном виде =0, называется общим интегралом.

Частным решением уравнения =0 называется решение, полученное из общего решения при фиксированном значении - фиксированное число.

Задача нахождения частного решения дифференциального уравнения n-го порядка (n= 1,2,3,…), удовлетворяющего начальным условиям вида

,

называется задачей Коши.

п.3 Дифференциальные уравнения первого порядка с разделяющимися переменными

Дифференциальное уравнение первого порядка называется уравнением с разделяющимися переменными, если его можно представить в виде можно переписать в виде . Если . Интегрируем: .

Чтобы решить уравнение такого вида надо:

1. Разделить переменные;

2. Интегрируя уравнение с разделенными переменными, найти общее решение данного уравнения;

3. Найти частное решение, удовлетворяющее начальным условиям (если они заданы).

Пример 1.Решить уравнение . Найти частное решение, удовлетворяющее условию y=4 при x=-2.

Решение:Это уравнение с разделенными переменными. Интегрируя, находим общее решение уравнения: . Для получения более простого по форме общего решения постоянное слагаемое в правой части представим в виде C/2. Имеем или - общее решение. Подставив в общее решение значения y=4 и x=-2, получим 16=4+С, откуда С=12.

Итак, частное решение уравнения, удовлетворяющее данному условию, имеет вид

Пример 2.Найдите частное решение уравнения, еслипри.

Решение: , , , , , общее решение.

Подставляем значения х и у в частное решение: , , частное решение.

Пример 3. Найдите общее решение уравнения. Решение: ,, , - общее решение.

п.4 Дифференциальные уравнения порядка выше первого

Уравнение вида или решается двукратным интегрированием: , , откуда . Проинтегрировав эту функцию, получим новую функцию от f(x), которую обозначим через F(x). Таким образом, ; . Интегрируем еще раз: или у=Ф(х) . Получили общее решение уравнения, содержащее две произвольные постоянные и .

Пример 1.Решить уравнение .

Решение:, , ,

Пример 2.Решить уравнение . Решение: , , .

 

РАЗДЕЛ 3.2. Числовой ряд, его члены

Определение 1.Числовым рядом называется выражение вида ++…++…, (1)

где , , …, , …числа, принадлежащие некоторой определенной числовой системе.

Так, можно говорить о действительных рядах, для которых R, о комплексных рядах, для которых C, i= 1, 2, …, n, …

Для сокращенного обозначения рядов используется знак суммирования , а именно

+ + … + + … = . (2)

Определение 2. Числа , , …, , …называются членами ряда (2); an называется общим членом ряда. Иногда общий член удобнее записывать так, чтобы индекс n принимал значения n=0, 1, 2,…

Определение 3. Ряд (3) называется рядом геометрической прогрессии.

Если, например, a = 1, q = 1/2, то получим ряд 1 + + + …+ + … = .

Определение 4. Ряд = 1 + + + … + + …, составленный из чисел, обратных натуральным числам, называется гармоническим рядом.

Другие примеры рядов:

= 1 + + + … + + …,

= 1 + + + … + + …

Определение 5. Сумма первых n членов ряда называется частичной суммой ряда.

Признак Даламбера.Теорема. Пусть дан ряд (1) с положительными членами. Допустим, что существует и = .

Тогда:

1) если < 1, то ряд (1) сходится;

2) если > 1, то ряд (1) расходится;

3) если=1, то следует воспользоваться другим признаком сходимости.

Пример 1: Исследовать на сходимость ряд: . Решение: Здесь , и поэтому < 1. Следовательно, данный ряд сходится.

Пример 2: Исследовать на сходимость ряд + + + … + + … = .

Решение: = = = < 1. Следовательно, данный ряд сходится.

Пример 3: Исследуйте на сходимость ряд: .

Решение: Имеем = = = =.

Раздел 3.3. Основы теории вероятностей и математической статистики





Дата добавления: 2014-10-31; Просмотров: 2795; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:





studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.144.194.161
Генерация страницы за: 0.104 сек.