Matematika/Integravimas keičiant kintamąjį

Iš testwiki.
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

  • ∫dxa2−x2=∫dxa1−x2/a2=∫𝖽(x/a)1−(x/a)2=∫du1−u2=
=∫cos⁡(t)1−sin2tdt=∫cos⁡tcos2tdt=∫cos⁡tcos⁡tdt=∫dt=t+C=arcsin⁡u+C=arcsin⁡xa+C,
kur d(x/a)=(dx)/a, dx=a*d(x/a), u=x/a, u=sin⁡(t); t=arcsin⁡u=arcsin⁡xa; du=cos⁡(t)dt.
  • ∫dxa2+x2=∫dxa2(1+x2/a2)=1a∫d(x/a)1+(x/a)2=1aarctan⁡xa+C.
  • ∫dxx2−a2=∫12a(1x−a−1x+a)dx=12a∫dxx−a−12a∫dxx+a=
=12a∫d(x−a)x−a−12a∫d(x+a)x+a=12aln⁡|x−a|−12aln⁡|x+a|+C=12aln⁡|x−ax+a|+C.
  • Apskaičiuosime ∫dxcos⁡x. Kad būtų lengviau pasirinkti keitinį, integralą užrašysime šitaip:
∫dxcos⁡x=∫cos⁡xdxcos2x=∫cos⁡xdx1−sin2x.
Dabar jau aišku, kad reikia imti keitinį t=sin⁡x, dt=cos⁡xdx. Tada
∫dxcos⁡x=∫dt1−t2=12ln⁡|1+t1−t|+C=ln⁡|tg(x2+π4)|+C. Arba
∫dxcos⁡x=∫dt1−t2=−∫dtt2−1=−12ln⁡|t−1t+1|+C=−12ln⁡|sin⁡x−1sin⁡x+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=4arctan⁡x2, kur d(x2)=12dx;dx=2d(x2).
  • ∫tan2xsec2xdx=∫tan2xcos2xdx=∫tan2(x)𝖽(tan⁡x)=13tan3x+C, kur d(tan⁡x)=sec2xdx.
  • ∫6e−2xdx=6∫e−2xd(−2x)−2=−3∫e−2xd(−2x)=−3e−2x+C, kur d(−2x)=−2dx; dx=d(−2x)−2.
  • ∫1−x2𝖽x,

Keitinys: x=sin⁡t,𝖽x=cos⁡t𝖽t,t=arcsin⁡x,

∫1−sin2tcos⁡t𝖽t=∫cos2t𝖽t=∫1+cos⁡(2t)2𝖽t=
=12(∫𝖽t+12∫cos⁡(2t)𝖽t)=12(∫𝖽t+12∫cos⁡(2t)𝖽(2t)2)=t2+sin⁡(2t)4+C.

Įstatę pakeistą kintamąjį gauname atsakymą:

∫1−x2𝖽x=arcsin⁡x2+sin⁡(2arcsin⁡x)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 ∫ecos⁡xsin⁡xdx. Lengva numatyti, kad tas integralas apskaičiuojamas, naudojant keitinį d(cos⁡x)=−sin⁡xdx. Tuomet sin⁡xdx=−d(cos⁡x) ir
∫ecos⁡xsin⁡xdx=−∫ecos⁡xd(cos⁡x)=−ecos⁡x+C.
  • Apskaičiuosime ∫(arctan⁡x)1001+x2dx. Kadangi d(arctan⁡x)=11+x2, o dx=1, tai reiškinį (arctan⁡x)1001+x2 galima perrašyt šitaip (arctan⁡x)100d(arctan⁡x). Todėl
∫(arctan⁡x)1001+x2dx=∫(arctan⁡x)100d(arctan⁡x)=(arctan⁡x)101101+C.
  • Apskaičiuosime ∫(7x−9)2999dx. Kadangi d(7x−9)=7dx, tai dx=d(7x−9)7. Tada

∫(7x−9)2999dx=∫(7x−9)2999d(7x−9)7=(7x−9)300021000+C.

  • Apskaičiuosime ∫x3dx(2x)8+1. Čia patogus keitinys t=(2x)4, dt=64x3dx, nes ((2x)4)′=64x3. Tada
∫x3dx(2x)8+1=164∫dtt2+1=arctan⁡t64+C=arctan⁡(2x)464+C.
  • ∫xx−2dx=∫(2+t2)t⋅2tdt=∫4t2+2t4dt=43t3+25t5+C=43(x−2)3+25(x−2)5+C,

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

  • ∫cos⁡x1+4sin⁡xdx=∫t/2tdt=12∫dt=t2+C=1+4sin⁡x2+C,

kur 1+4sin⁡x=t; 1+4sin⁡x=t2; 4cos⁡xdx=2tdt; cos⁡xdx=t2dt.

  • ∫x2dx3+x=∫(t2−3)2⋅2tdtt=2∫t4dt−12∫t2dt+18∫dt=2t55−12t33+18t+C=
=2(3+x)55−4(3+x)3+183+x+C=23+x5[(3+x)2−10(3+x)+45]+C=
=23+x5(x2−4x+24)+C,

kur 3+x=t; 3+x=t2; dx=2tdt; x=t2−3.

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

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

  • ∫(2ln⁡x+3)3xdx=∫(2ln⁡x+3)3d(2ln⁡x+3)2=18(2ln⁡x+3)4+C,

kur d(2ln⁡x+3)=2xdx; dxx=d(2ln⁡x+3)2.

  • ∫dxsin⁡x⋅cos⁡x=∫dxtan⁡x⋅cos2x=∫d(tan⁡x)tan⁡x=ln⁡|tan⁡x|+C.
  • ∫dx1+ex=∫dtt(t−1)=∫dtt−1−∫dtt=ln⁡|t−1|−ln⁡|t|+C=x−ln⁡(1+ex)+C,

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

  • ∫dxsin⁡x=∫dx2sin⁡(x/2)⋅cos⁡(x/2)=∫dtsin⁡t⋅cos⁡t=∫dttan⁡t⋅cos2t=∫d(tan⁡t)tan⁡t=
=ln⁡|tan⁡t|+C=ln⁡|tan⁡x2|+C,

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

  • ∫a2−x2dx=∫a2(1−cos2t)⋅(−asin⁡t)dt=−a2∫sin2tdt=−a22∫(1−cos⁡(2t))dt=
=−a22t+a24sin⁡(2t)+C=−a22t+a24⋅2sin⁡(t)⋅cos⁡(t)+C=−a22t+a22⋅1−cos2t⋅cos⁡(t)+C=
=−a22⋅arccos⁡xa+a22⋅1−cos2(arccos⁡xa)⋅cos⁡(arccos⁡xa)+C=−a22arccos⁡xa+x2a2−x2+C,

kur sin⁡(2t)=2sin⁡tcos⁡t=21−cos2t⋅cos⁡t=21−x2a2⋅xa=2xaa2−x2a2=2xa2a2−x2;

x=acos⁡t; xa=cos⁡t; t=arccos⁡xa; dx=−asin⁡(t)dt.
  • ∫xdx1−x2=∫−12d(1−x2)1−x2=−12(1−x2)−0.5+1−0.5+1+C=−1−x2+C,

kur d(1−x2)=−2xdx; xdx=d(1−x2)−2.

  • ∫0π/2cos⁡x1+sin2xdx=∫0π/2d(sin⁡x)1+sin2x=arctan⁡(sin⁡x)|0π/2=arctan⁡(sin⁡π2)−arctan⁡(sin⁡0)=
=arctan⁡1−arctan⁡0=π4−0=π4,

kur d(sin⁡x)=cos⁡xdx arba dx=d(sin⁡x)cos⁡x.

  • ∫1eln2xxdx=∫1eln2xd(ln⁡x)=ln3x3|1e=ln3e3−ln313=13−0=13,

kur d(ln⁡x)=dxx arba dx=xd(ln⁡x).

  • ∫01dx1−x=−∫01d(1−x)1−x=−21−x|01=−21−1+21−0=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.

  • ∫cot⁡xdx=∫cos⁡xsin⁡xdx=∫d(sin⁡x)sin⁡x=ln⁡|sin⁡x|+C,

kur d(sin⁡x)=cos⁡xdx.

  • ∫sin3x⋅cos⁡xdx=∫sin3xd(sin⁡x)=14sin4x+C,

kur d(sin⁡x)=cos⁡xdx.

  • ∫dxx4x+1=∫4dx(4x+1−1)4x+1=∫4dx((4x+1)2−1)4x+1=
=∫44x+1d(4x+1)2((4x+1)2−1)4x+1=∫2d(4x+1)(4x+1)2−1=−2∫d(4x+1)1−(4x+1)2=

=−2tanh−1(4x+1)+C=−22ln⁡(1+4x+11−4x+1)+C=ln⁡(1−4x+11+4x+1)+C, kur d(4x+1)=24x+1dx; dx=124x+1d(4x+1).

  • ∫dx(a2−x2)3/2=1a2∫dtcos2t=tan⁡ta2+C=sin⁡ta21−sin2t+C=xa2a2−x2+C,

kur t=arcsin⁡xa, x=asin⁡t, dx=acos⁡tdt.

  • ∫sin⁡xcos2xdx=∫−d(cos⁡x)cos2x=−∫(cos⁡x)−2d(cos⁡x)=−(cos⁡x)−2+1−2+1+C=1cos⁡x+C=sec⁡x+C,

kur d(cos⁡x)=−sin⁡xdx; dx=d(cos⁡x)−sin⁡x.

  • ∫x2dx(1+x)4=∫(z−1)2dzz4=∫z2−2z+1z4dz=∫dzz2−2∫dzz3+∫dzz4=−1z+1z2−13z3+C,

kur 1+x=z; dx=d(1+x)=dz; x=z−1.

  • ∫dx1−x=∫−2ttdt=−2∫dt=−2t+C=−21−x+C, kur t=1−x; x=1−t2; dx=−2tdt.
  • ∫−2x(1+x2)2dx=∫−2x(1+x2)2d(1+x2)2x=∫−1(1+x2)2d(1+x2)=−(1+x2)−2+1−2+1+C=
=11+x2+C,

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

  • ∫sin3xcos⁡xdx=∫sin⁡x(1−cos2x)cos⁡xdx=∫sin⁡x(1−cos2x)cos⁡xd(cos⁡x)−sin⁡x=−∫1−cos2xcos⁡xd(cos⁡x)=

=−∫(1cos⁡x−cos⁡x)d(cos⁡x)=cos2x2−ln⁡cos⁡x+C, kur d(cos⁡x)=−sin⁡xdx; dx=d(cos⁡x)−sin⁡x.

  • ∫1sin⁡x−1dx=sin⁡x+1(sin⁡x−1)(sin⁡x+1)=∫sin⁡x+1sin2x−1dx=∫sin⁡x+1−cos2xdx=

=∫−sin⁡xcos2x−1cos2xdx=−∫sin⁡xcos2xd(cos⁡x)−sin⁡x−∫1cos2xdx=∫d(cos⁡x)cos2x−tan⁡x+C2= =−1cos⁡x−tan⁡x+C, kur d(cos⁡x)=−sin⁡xdx; dx=d(cos⁡x)−sin⁡x.

  • ∫x3(x−1)2dx=∫(t+1)3t2=∫(t+3+3t+1t2)dt=t22+3t+3ln⁡|t|−1t+C=

=12(x−1)2+3(x−1)+3ln⁡|x−1|−1x−1+C, kur x−1=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.

  • ∫exdx4−e2x=∫dt4−t2=arcsin⁡t2+C=arcsin⁡ex2+C, kur ex=t; exdx=dt.
  • ∫x6−x2dx=∫6−x2d(6−x2)−2=−12⋅(6−x2)3232+C=13(x2−6)6−x2+C,

d(6−x2)=−2xdx; dx=−d(6−x2)/2x.

  • ∫x+aa−xdx=−2a∫a+acos⁡(2t)a−acos⁡(2t)sin⁡(2t)dt=−2a∫(1+cos⁡(2t))21−cos2(2t)sin⁡(2t)dt=

=−2a∫(2cos2t)2sin2(2t)sin⁡(2t)dt=−2a∫2cos2tsin⁡(2t)sin⁡(2t)dt=−4a∫cos2tdt= =−4a∫(12+12cos⁡(2t))dt=−2at−2a∫cos⁡(2t)d(2t)2=−2at−asin⁡(2t)+C= =−2at−a1−cos2(2t)+C=−aarccos⁡xa−a1−(xa)2+C= =−aarccos⁡xa−aa2−x2a2+C=−aarccos⁡xa−a2−x2+C,

kur t=12⋅arccos⁡xa,2t=arccos⁡xa,xa=cos⁡(2t), x=acos⁡(2t), dx=−2asin⁡(2t)dt, dt=dx−2asin⁡(2t), d(2t)=2dt.
  • ∫dx(x2+a2)32=∫a(a2tan2t+a2)32dtcos2t=1a2∫1(1cos2t)32dtcos2t=1a2∫cos3tdtcos2t=

=1a2∫cos⁡tdt=sin⁡ta2+C=tan⁡ta21+tan2t+C=atan⁡ta2a2+a2tan2t+C=xa2a2+x2+C, kur t=arctan⁡xa,xa=tan⁡t, x=atan⁡t, dx=adtcos2t.


  • ∫a2−x2dx. Darome keitinį x=asin⁡t. Tada t=arcsin⁡xa,dx=acos⁡tdt.
∫a2−x2dx=∫a2−a2sin2t⋅acos⁡tdt=a2∫1−sin2cos⁡tdt=a2∫cos2tdt=
=a2∫12(1+cos⁡2t)dt=a22t+a24sin⁡2t+C=a22t+a24⋅2sin⁡tcos⁡t+C=
=a22t+a22sin⁡t1−sin2t+C=a22t+12asin⁡ta2−a2sin2t+C=a22arcsin⁡xa+12xa2−x2+C.


  • ∫dxx2−a2. Imame keitinį t=x+x2−a2.
Tada dt=(1+2x2x2−a2)dx=x2−a2+xx2−a2dx,dt=tx2−a2dx,dxx2−a2=dtt;
∫dxx2−a2=∫dtt=ln⁡|t|+C=ln⁡|x+x2−a2|+C.


  • ∫dxex+1. Imame keitinį ex+1=t,ex+1=t2,ex=t2−1;exdx=2tdt,dx=2tdtex=2tdtt2−1. Tada
∫dxex+1=∫2tdtt2−1t=∫2dtt2−1=ln⁡|t−1t+1|+C=ln⁡|ex+1−1ex+1+1|+C.


Nuorodos