不定积分例题及答案理工类吴赣昌.pdf
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1、 1第第 4 章章 不定不定积积分分内容概要内容概要名称主要内容不定积分的概念设,若存在函数,使得对任意均有()f xxI()F xxI()()F xf x或,则称为的一个原函数。()()dF xf x dx()F x()f x的全部原函数称为在区间上的不定积分,记为()f x()f xI()()f x dxF xC注:(1)若连续,则必可积;(2)若均为的原函数,则()f x(),()F x G x()f x。故不定积分的表达式不唯一。()()F xG xC性质性质 1:或;()()df x dxf xdx()()df x dxf x dx性质 2:或;()()F x dxF xC()()d
2、F xF xC性质 3:,为非零常数。()()()()f xg x dxf x dxg x dx,第一换元积分法(凑微分法)设的 原函数为,可导,则有换元公式:()f u()F u()ux()()()()()fxx dxfx dxFxC第二类换元积分法设单调、可导且导数不为零,有原函数,()xt()()ftt()F t则 1()()()()()f x dxftt dtF tCFxC分部积分法()()()()()()()()u x v x dxu x dv xu x v xv x du x不定积分计算方法有理函数积分若有理函数为假分式,则先将其变为多项式和真分式的和;对真分式的处理按情况确定。本
3、章的地位与作用在下一章定积分中由微积分基本公式可知-求定积分的问题,实质上是求被积函数的原函数问题;后继课程无论是二重积分、三重积分、曲线积分还是曲面积分,最终的解决都归结为对定积分的求解;而求解微分方程更是直接归结为求不定积分。从这种意义上讲,不定积分在整个积分学理论中起到了根基的作用,积分的问题会不会求解及求解的快慢程度,几乎完全取决于对这一章掌握的好坏。这一点随着学习的深入,同学们会慢慢体会到!课课后后习题习题全解全解习题习题 4-11.求下列不定积分:2知知识识点:点:直接积分法的练习求不定积分的基本方法。思路分析思路分析:利用不定积分的运算性质和基本积分公式,直接求出不定积分!(1)
4、2dxxx思路思路:被积函数,由积分表中的公式(2)可解。5221xxx解解:5322223dxxdxxCxx(2)31()xdxx思路思路:根据不定积分的线性性质,将被积函数分为两项,分别积分。解解:11411133322213()()24dxxxdxx dxxdxxxCx3x(3)22xx dx()思路思路:根据不定积分的线性性质,将被积函数分为两项,分别积分。解解:2232122ln23xxxx dxdxx dxxC()(4)(3)x xdx思路思路:根据不定积分的线性性质,将被积函数分为两项,分别积分。解解:315322222(3)325xdxx dxx dxxxCx(5)422331
5、1xxdxx思路思路:观察到后,根据不定积分的线性性质,将被积函数分项,分别积422223311311xxxxx分。解解:42232233113arctan11xxdxx dxdxxxCxx(6)221xdxx 3思路思路:注意到,根据不定积分的线性性质,将被积函数分项,分别积222221 111111xxxxx 分。解解:2221arctan.11xdxdxdxxxCxx注注:容易看出(5)(6)两题的解题思路是一致的。一般地,如果被积函数为一个有理的假分式,通常先将其分解为一个整式加上或减去一个真分式的形式,再分项积分。(7)xdxxxx34134(-+-)2思路思路:分项积分。解解:34
6、11342xdxxdxdxx dxx dxxxxx34134(-+-)2223134ln|.423xxxxC(8)2232()11dxxx思路思路:分项积分。解解:22223211()323arctan2arcsin.1111dxdxdxxxCxxxx(9)x x xdx思路思路:?看到,直接积分。x x x 11 1724 88x x xxx 解解:715888.15x x xdxx dxxC(10)221(1)dxxx思路思路:裂项分项积分。解解:222222111111()arctan.(1)11dxdxdxdxxCxxxxxxx(11)211xxedxe解解:21(1)(1)(1).1
7、1xxxxxxxeeedxdxedxexCee(12)3xxe dx 4思路思路:初中数学中有同底数幂的乘法:指数不变,底数相乘。显然。33xxxee()解解:333.ln(3)xxxxee dxe dxCe()()(13)2cot xdx思路思路:应用三角恒等式“”。22cotcsc1xx解解:22cot(csc1)cotxdxxdxxxC(14)2 35 23xxxdx 思路思路:被积函数,积分没困难。2 35 222533xxxx()解解:2()2 35 2232525.33ln2ln3xxxxxdxdxxC()(15)2cos2xdx思路思路:若被积函数为弦函数的偶次方时,一般地先降幂
8、,再积分。解解:21cos11cossin.2222xxddxxxC(16)11cos2dxx思路思路:应用弦函数的升降幂公式,先升幂再积分。解解:221111sectan.1cos2222cosdxdxxdxxCxx(17)cos2cossinxdxxx思路思路:不难,关键知道“”。22cos2cossin(cossin)(cossin)xxxxxxx解解:cos2(cossin)sincos.cossinxdxxx dxxxCxx(18)22cos2cossinxdxxx思路思路:同上题方法,应用“”,分项积分。22cos2cossinxxx解解:22222222cos2cossin11c
9、ossincossinsincosxxxdxdxdxxxxxxxx22cscseccottan.xdxxdxxxC 5(19)11()11xxdxxx思路思路:注意到被积函数,应用公式(5)即可。2221111211111xxxxxxxxx解解:2111()22arcsin.111xxdxdxxCxxx(20)21cos1cos2xdxx思路思路:注意到被积函数,则积分易得。22221cos1cos11sec1cos2222cosxxxxx解解:221cos11tansec.1cos2222xxxdxxdxdxCx2、设,求。()arccosxf x dxxC()f x知知识识点:点:考查不定
10、积分(原函数)与被积函数的关系。思路分析思路分析:直接利用不定积分的性质 1:即可。()()df x dxf xdx解解:等式两边对求导数得:x2211(),()11xf xf xxxx 3、设的导函数为,求的原函数全体。()f xsin x()f x知知识识点:点:仍为考查不定积分(原函数)与被积函数的关系。思路分析思路分析:连续两次求不定积分即可。解解:由题意可知,1()sincosf xxdxxC 所以的原函数全体为:。()f x112cossinxC dxxC xC()4、证明函数和都是的原函数21,2xxee shxxe chxsxechxhx-知知识识点:点:考查原函数(不定积分)
11、与被积函数的关系。思路分析思路分析:只需验证即可。解解:,而2xxeechxshx22xxxxdddee shxe chxedxdxdx1()25、一曲线通过点,且在任意点处的切线的斜率都等于该点的横坐标的倒数,求此曲线的方程。2(,3)e 6知知识识点:点:属于第 12 章最简单的一阶线性微分方程的初值问题,实质仍为考查原函数(不定积分)与被积函数的关系。思路分析思路分析:求得曲线方程的一般式,然后将点的坐标带入方程确定具体的方程即可。解解:设曲线方程为,由题意可知:,;()yf x1()df xdxx()ln|f xxC又点在曲线上,适合方程,有,2(,3)e23ln(),1eCC所以曲线
12、的方程为()ln|1.f xx6、一物体由静止开始运动,经 秒后的速度是,问:t23(/)tm s(1)在秒后物体离开出发点的距离是多少?3(2)物体走完米需要多少时间?360知知识识点:点:属于最简单的一阶线性微分方程的初值问题,实质仍为考查原函数(不定积分)与被积函数的关系。思路分析思路分析:求得物体的位移方程的一般式,然后将条件带入方程即可。解解:设物体的位移方程为:,()yf t则由速度和位移的关系可得:,23()3()f ttf ttCddt又因为物体是由静止开始运动的,。3(0)0,0,()fCf tt(1)秒后物体离开出发点的距离为:米;33(3)327f(2)令秒。333603
13、60tt习题习题 4-21、填空是下列等式成立。知知识识点:点:练习简单的凑微分。思路分析思路分析:根据微分运算凑齐系数即可。解解:234111(1)(73);(2)(1);(3)(32);7212dxdxxdxdxx dxdx 2222111(4)();(5)(5ln|);(6)(35ln|);255111(7)2();(8)(tan2);(9)(arctan3).23cos 219xxdxdxe dxd edxdxxxdxdxdtdtdxdxxxt 2、求下列不定积分。知知识识点:点:(凑微分)第一换元积分法的练习。思路分析思路分析:审题看看是否需要凑微分。直白的讲,凑微分其实就是看看积分
14、表达式中,有没有成块的形式作为一个整体变量,这种能够马上观察出来的功夫来自对微积分基本公式的熟练掌握。此外第二类换元法中的倒代换法对特定的题目也非常有效,这在课外例题中专门介绍!(1)3te dt 7思路思路:凑微分。解解:33311(3)33ttte dte dteC(2)3(35)x dx思路思路:凑微分。解解:33411(35)(35)(35)(35)520 x dxxxxC d(3)132dxx思路思路:凑微分。解解:1111(32)ln|32|.322322dxdxxCxx (4)3153dxx思路思路:凑微分。解解:12333311111(53)(53)(53)(53).33253
15、53dxdxxdxxCxx (5)(sin)xbaxedx思路思路:凑微分。解解:11(sin)sin()()cosxxxbbbxaxedxaxd axb e daxbeCaba(6)cos tdtt思路思路:如果你能看到,凑出易解。1()t2dtdt()dt解解:cos2 cos()2sintdttdttCt(7)102tansecxxdx思路思路:凑微分。解解:10210111tansectan(tan)tan.11xxdxxdxxC(8)ln lnlndxxxx思路思路:连续三次应用公式(3)凑微分即可。8解解:(ln|)(ln|ln|)ln|lnln|ln lnlnln lnlnlnl
16、ndxdxdxxCxxxxxx(9)22tan 11xdxxx思路思路:本题关键是能够看到 是什么,是什么呢?就是!这有一定难度!21xdxx21xd解解:22222tan 1tan 11ln|cos 1|1xdxxxxxCx d(10)sin cosdxxx思路思路:凑微分。解解:方法一:方法一:倍角公式。sin22sin cosxxx2csc22ln|csc2cot2|sin cossin2dxdxxd xxxCxxx方法二:方法二:将被积函数凑出的函数和的导数。tan xtan x22cos11sectanln|tan|sin cossin costantandxxdxxdxdxxCxx
17、xxxx方法三:方法三:三角公式,然后凑微分。22sincos1xx22sincossincoscossinsin cossin coscossincossindxxxxxdxdxdxdxdxxxxxxxxx ln|cos|ln|sin|ln|tan|xxCxC(11)xxdxee思路思路:凑微分:。222111()xxxxxxxxdxe dxdedeeeeee解解:22arctan11()xxxxxxxdxe dxdeeCeeee(12)2cos()xx dx思路思路:凑微分。解解:222211cos()cossin22xx dxx dxxC(13)223xdxx 9思路思路:由凑微分易解。
18、2222211(23)26232323xdxdxdxxxx 解解:122222221(23)11(23)(23)236632323xdxdxxdxxCxx (14)2cos()sin()tt dt思路思路:凑微分。解解:22211cos()sin()cos()sin()cos()cos()tt dttt d tt dt 31cos().3tC(15)3431xdxx思路思路:凑微分。解解:33444444433431313(1)ln|1|.44441111xxdxdxdxdxxCxxxx (16)3sincosxdxx思路思路:凑微分。解解:332sin111cos.2coscoscosxdx
19、dxCxxx(17)9202xdxx思路思路:经过两步凑微分即可。解解:9101010202010211111arcsin()10101022221()2xxxdxdxdCxxx(18)2194xdxx思路思路:分项后分别凑微分即可。解解:22211949494xxdxdxdxxxx 10222222211211423829413112119423829413121arcsin()94.234xdd xxxxddxxxxxC()()()(19)221dxx 思路思路:裂项分项后分别凑微分即可。解解:2111()212(21)(21)2121dxdxdxxxxxx111()22 22121111
20、1121(21)(21)ln.2 2212 2212 221dxxxxdxdxCxxx(20)2(45)xdxx思路思路:分项后分别凑微分即可。解解:2221 4541114(45)(45)5(45)2545(45)xdxxdxdxxxxx()()21141141(45)(45)ln|45|.2545252525 45(45)dxdxxCxxx(21)2100(1)x dxx 思路思路:分项后分别凑微分即可。解解:222100100100100100(1 1)(1)(1)1(2)(1)(1)(1)(1)(1)x dxxdxxxdxxxxxx 9899100111(2)(1)(1)(1)(1)d
21、 xxxx979899111111.97(1)49(1)99(1)Cxxx 11(22)81xdxx 思路思路:裂项分项后分别凑微分即可。解解:28444444111111()()241(1)(1)1111xdxxdxxdxdxxxxxxxx2222242222222211111111()(1)(1)4281111111111ln|arctan.484()11dxd xd xxxxxxxdxxCxx(23)3cos xdx思路思路:凑微分。cossinxdxdx解解:3222coscoscoscossin(1 sin)sinxdxxxdxxdxx dx31sinsin3xxC(24)2cos(
22、)tdt思路思路:降幂后分项凑微分。解解:21cos2()11cos()cos2()2()224ttdtdtdttdt11sin2()24ttC(25)sin2 cos3xxdx思路思路:积化和差后分项凑微分。解解:111sin2 cos3(sin5sin)sin55sin2102xxdxxx dxxd xxdx11cos5cos102xxC(26)sin5 sin7xxdx思路思路:积化和差后分项凑微分。解解:111sin5 sin7(cos2cos12)cos22cos12(12)2424xxdxxx dxxd xxdx11sin2sin12.424xxC(27)3tansecxxdx思路
23、思路:凑微分。tan secsecxxdxdx解解:3222tansectantan sectansec(sec1)secxxdxxxxdxxdxxdx 12231secsecsecsecsec3xdxdxxxC(28)arccos2101xdxx思路思路:凑微分。21(arccos)1dxdxx解解:arccosarccosarccos2101010arccos.ln101xxxdxdxCx (29)22(arcsin)1dxxx思路思路:凑微分。21(arcsin)1dxdxx解解:222arcsin1arcsin(arcsin)(arcsin)1dxdxCxxxx(30)arctan(1
24、)xdxxx思路思路:凑微分。2arctan2arctan2arctan(arctan)(1)1()xxdxdxxdxxxx解解:2arctan2arctan2arctan(arctan)(1)1()xxdxdxxdxxxx2(arctan)xC(31)lntancos sinxdxxx思路思路:被积函数中间变量为,故须在微分中凑出,即被积函数中凑出,tan xtan x2sec x22lntanlntanlntanlntansectancos sintantancostanxxxxdxdxxdxdxxxxxxx21lntan(lntan)(lntan)2xdxdx解解:2lntanlntan
25、lntantanlntan(lntan)cos sintancostanxxxdxdxdxxdxxxxxx21(lntan)2xC 13(32)21ln(ln)xdxxx思路思路:(ln)(1ln)d xxx dx解解:221ln11(ln)ln(ln)(ln)xdxd xxCxxxxxx(33)1xdxe解解:方法一方法一:思路思路:将被积函数的分子分母同时除以,则凑微分易得。xe11()(1)ln|1|1111xxxxxxxxdxedxd ed eeCeeee 方法二:方法二:思路思路:分项后凑微分11111xxxxxxdxeeedxdxdxeee1(1)1xxxdee ln|1|ln(|
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