Matematika/Integravimas keičiant kintamąjį

Iš testwiki.
12:48, 3 kovo 2024 versija, sukurta imported>Paraboloid
(skirt) ← Ankstesnė versija | Dabartinė versija (skirt) | Vėlesnė versija → (skirt)
Pereiti į navigaciją Jump to search

Integravimas keičiant kintamąjį:

1. Įvedę keitinį x=ϕ(t), kur ϕ(t) - tolydžiai diferencijuojama funkcija, gauname:

I=f(x)dx=f[ϕ(t)]ϕ(t)dt.

Suintegrave, grįžtame prie senojo kintamojo.

2. Įvedę keitinį u=g(x), gauname:

g(x)g(x)dx=udu.


Pavyzdžiai

  • dxa2x2=dxa1x2/a2=𝖽(x/a)1(x/a)2=du1u2=
=cos(t)1sin2tdt=costcos2tdt=costcostdt=dt=t+C=arcsinu+C=arcsinxa+C,
kur d(x/a)=(dx)/a, dx=a*d(x/a), u=x/a, u=sin(t); t=arcsinu=arcsinxa; du=cos(t)dt.
  • dxa2+x2=dxa2(1+x2/a2)=1ad(x/a)1+(x/a)2=1aarctanxa+C.
  • dxx2a2=12a(1xa1x+a)dx=12adxxa12adxx+a=
=12ad(xa)xa12ad(x+a)x+a=12aln|xa|12aln|x+a|+C=12aln|xax+a|+C.
  • Apskaičiuosime dxcosx. Kad būtų lengviau pasirinkti keitinį, integralą užrašysime šitaip:
dxcosx=cosxdxcos2x=cosxdx1sin2x.
Dabar jau aišku, kad reikia imti keitinį t=sinx, dt=cosxdx. Tada
dxcosx=dt1t2=12ln|1+t1t|+C=ln|tg(x2+π4)|+C. Arba
dxcosx=dt1t2=dtt21=12ln|t1t+1|+C=12ln|sinx1sinx+1|+C=(?)=ln|tg(x2+π4)|+C.
  • x1+x2dx=x1+x2d(1+x2)2x=12(1+x2)0.5+10.5+1+C=13(1+x2)3+C,

kur d(1+x2)=2xdx; dx=d(1+x2)2x.

  • 8x2+4dx=2dx(x2)2+1=4d(x2)(x2)2+1=4arctanx2, kur d(x2)=12dx;dx=2d(x2).
  • tan2xsec2xdx=tan2xcos2xdx=tan2(x)𝖽(tanx)=13tan3x+C, kur d(tanx)=sec2xdx.
  • 6e2xdx=6e2xd(2x)2=3e2xd(2x)=3e2x+C, kur d(2x)=2dx; dx=d(2x)2.
  • 1x2𝖽x,

Keitinys: x=sint,𝖽x=cost𝖽t,t=arcsinx,

1sin2tcost𝖽t=cos2t𝖽t=1+cos(2t)2𝖽t=
=12(𝖽t+12cos(2t)𝖽t)=12(𝖽t+12cos(2t)𝖽(2t)2)=t2+sin(2t)4+C.

Įstatę pakeistą kintamąjį gauname atsakymą:

1x2𝖽x=arcsinx2+sin(2arcsinx)4+C.
  • Apskaičiuosime cos(2x)dx. Šiuo atveju reikia pasirinkti labai paprastą keitinį d(2x)=2dx, todėl dx=d(2x)2. Pasinaudoję tuo keitiniu, gauname
cos(2x)=cos(2x)d(2x)2=12sin(2x)+C.
  • Apskaičiuosime dxx+a. Kadangi dx=d(x+a)=1, tai
dxx+a=d(x+a)x+a=ln|x+a|+C.
  • Apskaičiuosime ecosxsinxdx. Lengva numatyti, kad tas integralas apskaičiuojamas, naudojant keitinį d(cosx)=sinxdx. Tuomet sinxdx=d(cosx) ir
ecosxsinxdx=ecosxd(cosx)=ecosx+C.
  • Apskaičiuosime (arctanx)1001+x2dx. Kadangi d(arctanx)=11+x2, o dx=1, tai reiškinį (arctanx)1001+x2 galima perrašyt šitaip (arctanx)100d(arctanx). Todėl
(arctanx)1001+x2dx=(arctanx)100d(arctanx)=(arctanx)101101+C.
  • Apskaičiuosime (7x9)2999dx. Kadangi d(7x9)=7dx, tai dx=d(7x9)7. Tada

(7x9)2999dx=(7x9)2999d(7x9)7=(7x9)300021000+C.

  • Apskaičiuosime x3dx(2x)8+1. Čia patogus keitinys t=(2x)4, dt=64x3dx, nes ((2x)4)=64x3. Tada
x3dx(2x)8+1=164dtt2+1=arctant64+C=arctan(2x)464+C.
  • xx2dx=(2+t2)t2tdt=4t2+2t4dt=43t3+25t5+C=43(x2)3+25(x2)5+C,

kur x2=t, x2=t2, dx=d(x2)=d(t2)=2tdt, x=2+t2.

  • cosx1+4sinxdx=t/2tdt=12dt=t2+C=1+4sinx2+C,

kur 1+4sinx=t; 1+4sinx=t2; 4cosxdx=2tdt; cosxdx=t2dt.

  • x2dx3+x=(t23)22tdtt=2t4dt12t2dt+18dt=2t5512t33+18t+C=
=2(3+x)554(3+x)3+183+x+C=23+x5[(3+x)210(3+x)+45]+C=
=23+x5(x24x+24)+C,

kur 3+x=t; 3+x=t2; dx=2tdt; x=t23.

  • (2x+1)20dx=(2x+1)20d(2x+1)2=(2x+1)2142+C,

kur d(2x+1)=2dx; dx=d(2x+1)2.

  • (2lnx+3)3xdx=(2lnx+3)3d(2lnx+3)2=18(2lnx+3)4+C,

kur d(2lnx+3)=2xdx; dxx=d(2lnx+3)2.

  • dxsinxcosx=dxtanxcos2x=d(tanx)tanx=ln|tanx|+C.
  • dx1+ex=dtt(t1)=dtt1dtt=ln|t1|ln|t|+C=xln(1+ex)+C,

kur 1+ex=t; ex=t1; x=ln(t1); dx=dt/(t-1).

  • dxsinx=dx2sin(x/2)cos(x/2)=dtsintcost=dttantcos2t=d(tant)tant=
=ln|tant|+C=ln|tanx2|+C,

kur x/2=t; dx/2=dt; dx=2dt.

  • a2x2dx=a2(1cos2t)(asint)dt=a2sin2tdt=a22(1cos(2t))dt=
=a22t+a24sin(2t)+C=a22t+a242sin(t)cos(t)+C=a22t+a221cos2tcos(t)+C=
=a22arccosxa+a221cos2(arccosxa)cos(arccosxa)+C=a22arccosxa+x2a2x2+C,

kur sin(2t)=2sintcost=21cos2tcost=21x2a2xa=2xaa2x2a2=2xa2a2x2;

x=acost; xa=cost; t=arccosxa; dx=asin(t)dt.
  • xdx1x2=12d(1x2)1x2=12(1x2)0.5+10.5+1+C=1x2+C,

kur d(1x2)=2xdx; xdx=d(1x2)2.

  • 0π/2cosx1+sin2xdx=0π/2d(sinx)1+sin2x=arctan(sinx)|0π/2=arctan(sinπ2)arctan(sin0)=
=arctan1arctan0=π40=π4,

kur d(sinx)=cosxdx arba dx=d(sinx)cosx.

  • 1eln2xxdx=1eln2xd(lnx)=ln3x3|1e=ln3e3ln313=130=13,

kur d(lnx)=dxx arba dx=xd(lnx).

  • 01dx1x=01d(1x)1x=21x|01=211+210=0+2=2,

kur d(1-x)=-dx; dx=-d(1-x).

  • 2xdx1+x2=d(1+x2)1+x2=ln(1+x2)+C,

kur d(1+x2)=2xdx; dx=d(1+x2)2x.

  • cotxdx=cosxsinxdx=d(sinx)sinx=ln|sinx|+C,

kur d(sinx)=cosxdx.

  • sin3xcosxdx=sin3xd(sinx)=14sin4x+C,

kur d(sinx)=cosxdx.

  • dxx4x+1=4dx(4x+11)4x+1=4dx((4x+1)21)4x+1=
=44x+1d(4x+1)2((4x+1)21)4x+1=2d(4x+1)(4x+1)21=2d(4x+1)1(4x+1)2=

=2tanh1(4x+1)+C=22ln(1+4x+114x+1)+C=ln(14x+11+4x+1)+C, kur d(4x+1)=24x+1dx; dx=124x+1d(4x+1).

  • dx(a2x2)3/2=1a2dtcos2t=tanta2+C=sinta21sin2t+C=xa2a2x2+C,

kur t=arcsinxa, x=asint, dx=acostdt.

  • sinxcos2xdx=d(cosx)cos2x=(cosx)2d(cosx)=(cosx)2+12+1+C=1cosx+C=secx+C,

kur d(cosx)=sinxdx; dx=d(cosx)sinx.

  • x2dx(1+x)4=(z1)2dzz4=z22z+1z4dz=dzz22dzz3+dzz4=1z+1z213z3+C,

kur 1+x=z; dx=d(1+x)=dz; x=z1.

  • dx1x=2ttdt=2dt=2t+C=21x+C, kur t=1x; x=1t2; dx=2tdt.
  • 2x(1+x2)2dx=2x(1+x2)2d(1+x2)2x=1(1+x2)2d(1+x2)=(1+x2)2+12+1+C=
=11+x2+C,

kur d(1+x2)=2xdx; dx=d(1+x2)2x.

  • sin3xcosxdx=sinx(1cos2x)cosxdx=sinx(1cos2x)cosxd(cosx)sinx=1cos2xcosxd(cosx)=

=(1cosxcosx)d(cosx)=cos2x2lncosx+C, kur d(cosx)=sinxdx; dx=d(cosx)sinx.

  • 1sinx1dx=sinx+1(sinx1)(sinx+1)=sinx+1sin2x1dx=sinx+1cos2xdx=

=sinxcos2x1cos2xdx=sinxcos2xd(cosx)sinx1cos2xdx=d(cosx)cos2xtanx+C2= =1cosxtanx+C, kur d(cosx)=sinxdx; dx=d(cosx)sinx.

  • x3(x1)2dx=(t+1)3t2=(t+3+3t+1t2)dt=t22+3t+3ln|t|1t+C=

=12(x1)2+3(x1)+3ln|x1|1x1+C, kur x1=t; x=t+1; dx=dt.

  • dxx2+a=dtt=ln|t|+C=ln|x2+a+x|+C,

kur x2+a+x=t;dt=(xx2+a+1)dx=x+x2+ax2+adx;dx=x2+ax2+a+xdt.

  • exdx4e2x=dt4t2=arcsint2+C=arcsinex2+C, kur ex=t; exdx=dt.
  • x6x2dx=6x2d(6x2)2=12(6x2)3232+C=13(x26)6x2+C,

d(6x2)=2xdx; dx=d(6x2)/2x.

  • x+aaxdx=2aa+acos(2t)aacos(2t)sin(2t)dt=2a(1+cos(2t))21cos2(2t)sin(2t)dt=

=2a(2cos2t)2sin2(2t)sin(2t)dt=2a2cos2tsin(2t)sin(2t)dt=4acos2tdt= =4a(12+12cos(2t))dt=2at2acos(2t)d(2t)2=2atasin(2t)+C= =2ata1cos2(2t)+C=aarccosxaa1(xa)2+C= =aarccosxaaa2x2a2+C=aarccosxaa2x2+C,

kur t=12arccosxa,2t=arccosxa,xa=cos(2t), x=acos(2t), dx=2asin(2t)dt, dt=dx2asin(2t), d(2t)=2dt.
  • dx(x2+a2)32=a(a2tan2t+a2)32dtcos2t=1a21(1cos2t)32dtcos2t=1a2cos3tdtcos2t=

=1a2costdt=sinta2+C=tanta21+tan2t+C=atanta2a2+a2tan2t+C=xa2a2+x2+C, kur t=arctanxa,xa=tant, x=atant, dx=adtcos2t.


  • a2x2dx. Darome keitinį x=asint. Tada t=arcsinxa,dx=acostdt.
a2x2dx=a2a2sin2tacostdt=a21sin2costdt=a2cos2tdt=
=a212(1+cos2t)dt=a22t+a24sin2t+C=a22t+a242sintcost+C=
=a22t+a22sint1sin2t+C=a22t+12asinta2a2sin2t+C=a22arcsinxa+12xa2x2+C.


  • dxx2a2. Imame keitinį t=x+x2a2.
Tada dt=(1+2x2x2a2)dx=x2a2+xx2a2dx,dt=tx2a2dx,dxx2a2=dtt;
dxx2a2=dtt=ln|t|+C=ln|x+x2a2|+C.


  • dxex+1. Imame keitinį ex+1=t,ex+1=t2,ex=t21;exdx=2tdt,dx=2tdtex=2tdtt21. Tada
dxex+1=2tdtt21t=2dtt21=ln|t1t+1|+C=ln|ex+11ex+1+1|+C.


Nuorodos