Matematika/Iracionaliųjų funkcijų integravimas

Iš testwiki.
Pereiti į navigaciją Jump to search

Šis straipsnis yra apie iracionaliųjų funkcijų integravimą.

  • ∫xx34+1dx=∫u2⋅4u3duu3+1=4[∫u2du−∫u2duu3+1]=4[u33−13∫d(u3+1)u3+1]=

=43[u3−ln⁡(u3+1)]+C=43[x34−ln⁡(x34+1)]+C, kur x=u4; dx=4u3du.

  • ∫x+x23+x16x(1+x13)dx=6∫(t6+t4+t)t5t6(1+t2)dt=6∫t5+t3+1t2+1dt=6∫t3dt+6∫dtt2+1=

=32t4+6arctan⁡t+C=32x23+6arctan⁡x16+C, kur x=t6; dx=6t5dt.

  • ∫2(2−x)2(2−x2+x)13dx=−∫2(1+t3)2t⋅12t216t6(1+t3)2dt=−32∫dtt3=34t2+C=34(2+x2−x)23+C, kur 2−x2+x=t3; x=2−t31+t3; 2−x=4t31+t3; −dx=12t2(1+t3)−4t3⋅3t2(1+t3)2dt=12t2+12t5−12t5(1+t3)2dt=12t2(1+t3)2dt; dx=−12t2(1+t3)2dt.
  • ∫dx((x−1)3(x+2)5)14=−∫(t4−1)(t4−1)12t3dt3⋅3t4t(t4−1)2=−43∫dtt2=43t+C=43(x−1x+2)14+C, kur ((x−1)3(x+2)5)14=(x−1)(x+2)(x+2x−1)14; x+2x−1=t4; x=t4+2t4−1; x−1=3t4−1; x+2=3t4t4−1; dx=−12t3(t4−1)2dt.
  • ∫1(1−x)2(1+x1−x)13dx=∫(1+u3)2u⋅6u24(1+u3)2du=32⋅u44+C=38⋅1+x1−x(1+x1−x)13+C, kur 1+x1−x=u3; x=u3−1u3+1; dx=6u2(1+u3)2du; 1−x=21+u3.

Papildomai

Oilerio keitiniai

Funkcijos
R(x,ax2+bx+c)(7.66)
(a, b ir c - realieji skačiai) integralas yra elementarioji funkcija.


I. ax2+bx+c=u±xa ; a>0;

u=ax2+bx+c+xa . Pakėlus abi dalis lygybės ax2+bx+c=u−xa kvadartu, gauname bx+c=u2−2aux, taip kad
x=u2−c2au+b,
ax2+bx+c=u−u2−c2au+b⋅a=u(2au+b)−(au2−ac)2au+b=au2+bu+ca2au+b,
dx=(u2−c2au+b)′=2u⋅(2au+b)−(u2−c)⋅2a(2au+b)2du=2au2+bu+ca(2au+b)2du.
Tinka, kai kvadrainis trinaris turi menamas šaknis.


II. ax2+bx+c=xt±c ; c>0. Tada

ax2+bx+c=x2t2+2xtc+c.
(Mes apsisprendėme prieš šaknį pasirinkti pliuso ženklą.) Iš čia x yra kaip racionali funkcija nuo t:
ax2−x2t2+bx−2xtc=0,
(a−t2)x2+(b−2tc)x=0,
x((a−t2)x+b−2tc)=0; iš čia arba x=0 arba (a−t2)x+b−2tc=0; Mums reikia išreikšti x per t, todėl x=0 netinka; sprendžiame toliau:
(a−t2)x+b−2tc=0;
(a−t2)x=2ct−b;
x=2ct−ba−t2.
Turime
ax2+bx+c=xt+c=2ct−ba−t2⋅t+c=2ct2−bta−t2+c;
(2ct−ba−t2)′=(2ct−b)′(a−t2)−(2ct−b)(a−t2)′(a−t2)2=2c(a−t2)−(2ct−b)(−2t)(a−t2)2=2ac−2ct2−(−4ct2+2bt)(a−t2)2=
=2ac−2ct2+4ct2−2bt(a−t2)2=(4c−2c)t2−2bt+2ac(a−t2)2.
dx=2ct2−2bt+2ac(a−t2)2dt.


III. a(x−x1)(x−x2)=u(x−x1), kur x1 yra bet kuri realioji trinario ax2+bx+c šaknis. Taikoma tik kai yra du lygties ax2+bx+c=a(x−x1)(x−x2) sprendiniai.

Tegu α ir β - realiosios šaknys trinario ax2+bx+c. Tada
ax2+bx+c=(x−α)t.
Kadangi ax2+bx+c=a(x−α)(x−β), tai
a(x−α)(x−β)=(x−α)t,
a(x−α)(x−β)=(x−α)2t2,
a(x−β)=(x−α)t2.
Iš čia randame x kaip racionalią funkciją nuo t:
ax−aβ=xt2−αt2,
ax−xt2=aβ−αt2,
(a−t2)x=aβ−αt2,
x=aβ−αt2a−t2.
Trečias Oilerio keitinys tinka kai a>0 ir kai a<0. Butina tik, kad turėtų daugianaris ax2+bx+c dvi realiasias šaknis.
(aβ−αt2a−t2)′=−2αt(a−t2)−(aβ−αt2)(−2t)(a−t2)2=−2αat+2αt3−(−2aβt+2αt3)(a−t2)2=
=−2αat+2αt3+2aβt−2αt3(a−t2)2=−2αat+2aβt(a−t2)2=(2aβ−2aα)t(a−t2)2.
dx=2a(β−α)t(a−t2)2dt.


Pavyzdžiai

Pirmojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
  • ∫dx5x2+x+1;

5x2+x+1=u+x5. Pakėlę šios lygybės abi puses kvadratu, gauname: 5x2+x+1=u2+2ux5+5x2;x+1=u2+25ux;x(1−2u5)=u2−1;x=u2−11−25u;

dx=(u2−11−25u)′=(u2−1)′(1−25u)−(u2−1)(1−25u)′(1−25u)2=
=2u(1−25u)−(u2−1)(−25)1−45u+4⋅5⋅u2du=2u−45u2+25(u2−1)1−45u+20u2du=
=2u−45u2+25⋅u2−251−45u+20u2du=2u−25u2−251−45u+20u2du=2(u−5u2−5)(1−25⋅u)2du.
5x2+x+1=u+x5=u+u2−11−25u⋅5=u+5u2−51−25u=u(1−25u)+5u2−51−25u=
=u−25u2+5u2−51−25u=u−5u2−51−25u.
∫dx5x2+x+1=∫2(u−5u2−5)(1−25⋅u)2dtu−5u2−51−25u=2∫du1−25u=−225∫d(1−u25)1−25u=

=−15ln⁡|1−25u|+C=−15ln⁡|1−25(5x2+x+1−5x)|+C= =−15ln⁡|1−100x2+20x+20+10x|+C.


  • ∫dxx2+3. Taikome I Oilerio keitinį x2+3=−x+t=t−x.

x2+3=(−x+t)2=x2−2tx+t2 ; 3=t2−2tx ; 2tx=t2−3 ; x=t2−32t. dx=(t2−32t)′=(t2−3)′⋅2t−(t2−3)⋅(2t)′(2t)2=2t⋅2t−(t2−3)⋅24t2dt=2t2−(t2−3)2t2dt=t2+32t2dt.

x2+3=−x+t=−t2−32t+t=−(t2−3)+2t22t=t2+32t.

∫dxx2+3=∫t2+32t2dtt2+32t=∫dtt=ln⁡|t|+C=ln⁡|x+x2+3|+C.


  • Apskaičiuoti ∫dxx+x2+x+1.
Sprendimas. Kadangi trinaris x2+x+1 turi kompleksines šaknis, padarysime keitinį x2+x+1=t−x. Pakėlę abi lygybės puses kvadratu, gauname

x2+x+1=t2−2tx+x2 arba x+1=t2−2tx; iš čia x=t2−11+2t , dx=(t2−11+2t)′=2t(1+2t)−(t2−1)⋅2(1+2t)2=2t+4t2−2t2+2(1+2t)2=2t+2t2+2(1+2t)2.

Tada

∫dxx+x2+x+1=∫2t+2t2+2t(1+2t)2dt.

Toliau, turime

2t2+2t+2t(1+2t)2=At+B1+2t+D(1+2t)2.

Padauginę abi dalis lygybės su t(1+2t)2, gauname
2t2+2t+2=A(1+2t)2+Bt(1+2t)+Dt=A(1+4t+4t2)+Bt+2Bt2+Dt=(4A+2B)t2+(4A+B+D)t+A.
Prilyginę koeficientus prie vienodų laipsmių t, gauname sistemą lygčių pirmojo laipsnio atžvilgiu A, B, D:
{4A+2B=2,
{4A+B+D=2,
{A=2,
Iš čia A=2, B=-3, D=-3. Todėl,
2t2+2t+2t(1+2t)2=2t−31+2t−3(1+2t)2,
ir galutinai
∫dxx+x2+x+1=∫[2t−31+2t−3(1+2t)2]dt=2∫dtt−32∫d(1+2t)1+2t−32∫d(1+2t)(1+2t)2=
=2ln⁡|t|−32ln⁡|1+2t|+32(1+2t)+C=

=2ln⁡|x+x2+x+1|−32ln⁡|1+2x+2x2+x+1|+32+4x+4x2+x+1+C.


Antrojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
  • ∫dx1−6x−9x2;

1−6x−9x2=ux+1. Pakelę abi puses kvadratu, gauname 1−6x−9x2=u2x2+2ux+1; −6x−9x2=u2x2+2ux; −6−9x=u2x+2u. Imdami apiejų lygybės pusių diferencialus, randame: −9dx=2uxdu+2du; dx=−2(ux+1)9+u2du. ∫dx1−6x−9x2=−2∫(ux+1)du(9+u2)(ux+1)=−2∫du9+u2=−23arctan⁡u3+C= =−23arctan⁡1−6x−9x2−13x+C.

Sprendimas normaliai. Čia a=-9, b=-6, c=1. Tada
x=2ct−ba−t2=21t−(−6)−9−t2=2t+6−9−t2.
1−6x−9x2=xt+1=2t+6−9−t2t+1=2t2+6t−9−t2+1=2t2+6t−9−t2−9−t2=t2+6t−9−9−t2.
dx=2ct2−2bt+2ac(a−t2)2dt=21t2−2(−6)t+2(−9)1(−9−t2)2dt=2t2+12t−18(−9−t2)2dt=2(t2+6t−9)(−9−t2)2dt.
∫dx1−6x−9x2=∫2(t2+6t−9)(−9−t2)2dtt2+6t−9−9−t2=∫2−9−t2dt1=∫2dt−9−t2=−2∫dt9+t2=−23arctan⁡t3+C=
=−23arctan⁡1−6x−9x2−13x+C.


  • Apskaičiuoti ∫dx(1+x)1+x−x2.
Sprendimas. Čia trinaris 1+x−x2 turi kompleksines šaknis ir a<0, c>0, pasinaudojame keitiniu 1+x−x2=tx−1. Pakėlę abi lygties puses kvadratu, gauname

1+x−x2=t2x2−2tx+1, x−x2=t2x2−2tx, 1−x=t2x−2t, 1+2t=t2x+x, x(t2+1)=1+2t, x=1+2tt2+1. dx=(1+2tt2+1)′=2(t2+1)−(1+2t)⋅2t(t2+1)2dt=2t2+2−2t−4t2(t2+1)2dt=2−2t−2t2(t2+1)2dt=2(1−t−t2)(t2+1)2dt. 1+x−x2=t⋅1+2tt2+1−1=t+2t2−t2−1t2+1=t+t2−1t2+1. 1+x−x2=tx−1;1+x−x2+1=tx;t=1+x−x2+1x.

Tokiu budu,

∫dx(1+x)1+x−x2=∫2(1−t−t2)(t2+1)2dt(1+1+2tt2+1)t+t2−1t2+1=∫−2(t2+t−1)(t2+1)2dtt2+1+1+2tt2+1⋅t2+t−1t2+1=∫−2dt1+t2+2t+1= =∫−2d(t+1)1+(t+1)2=−2arctan⁡(t+1)+C=−2arctan⁡(1+x−x2+1x+1)+C= =−2arctan⁡1+x−x2+1+xx+C.


  • Reikia apskaičiuoti integralą

∫(1−1+x+x2)2x21+x+x2dx.

Sprendimas. Taikome II Oilerio keitinį 1+x+x2=xt+1; tada
1+x+x2=x2t2+2xt+1; x+x2=x2t2+2xt; 1+x=xt2+2t; x−xt2=2t−1; x(1−t2)=2t−1; x=2t−11−t2.

dx=2(1−t2)−(2t−1)⋅(−2t)(1−t2)2dt=2−2t2+2t(2t−1)(1−t2)2dt=2−2t2+4t2−2t(1−t2)2dt=2t2−2t+2(1−t2)2dt.

1+x+x2=2t−11−t2⋅t+1=2t2−t+(1−t2)1−t2=t2−t+11−t2.
1−1+x+x2=1−(xt+1)=−xt=−2t−11−t2⋅t=−2t2+t1−t2.
t=1+x+x2−1x.
Įstate gautas išraiškas į pradinį integralą, randame:

∫(1−1+x+x2)2x21+x+x2dx=∫(−2t2+t)2(1−t2)2(1−t2)(2t2−2t+2)(1−t2)2(2t−1)2(t2−t+1)(1−t2)2dt=2∫(−2t2+t)2(2t−1)2(1−t2)dt=2∫t21−t2dt= =2∫(11−t2−1)dt=2(12ln⁡|1+t1−t|−t)+C= =ln⁡|1+1+x+x2−1x1−1+x+x2−1x|−2(1+x+x2−1)x+C=ln⁡|x+1+x+x2−1xx−1+x+x2+1x|−2(1+x+x2−1)x+C= =ln⁡|x+1+x+x2−1x−1+x+x2+1|−2(1+x+x2−1)x+C= =ln⁡|2x+21+x+x2+1|−2(1+x+x2−1)x+C.


Trečiojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
  • ∫dxx−x2+5x−6. Pastebėję, kad pošaknio trinario šaknys yra 2 ir 3, taikome keitinį (x−2)(3−x)=u(x−2). Pakėlę šios lygybės abi puses kvadratu ir suprastinę iš (x−2), gauname:
(x−2)(3−x)=u2(x−2)2; 3−x=u2(x−2); −xu2−x=−2u2−3; x(−u2−1)=−2u2−3; x=2u2+3u2+1;u=3−xx−2;
dx=4u(u2+1)−2u(2u2+3)(u2+1)2du=4u3+4u−4u3−6u(u2+1)2du=−2udu(u2+1)2.
(x−2)(3−x)=u(x−2)=u(2u2+3u2+1−2)=2u3+3u−2u(u2+1)u2+1=2u3+3u−2u3−2uu2+1=uu2+1.
∫dxx−x2+5x−6=∫−2udu(u2+1)22u2+3u2+1⋅uu2+1=−2∫du3+2u2=−∫du32+u2=
=−132arctan⁡(u32)+C=−23arctan⁡(23u)+C=−23arctan⁡(23⋅3−xx−2)+C.


  • ∫xdx(7x−10−x2)3, kur a<0, c<0, todėl taikome III Oilerio keitinį. Lygties 7x−10−x2 sprendiniai yra x1=2, x2=5; a=−1.

7x−10−x2=−1(x−2)(x−5)=(x−2)(5−x)=(x−2)t. 5−x=(x−2)t2; −xt2−x=−2t2−5; x=5+2t21+t2; dx=(5+2t21+t2)′=4t(1+t2)−(5+2t2)2t(1+t2)2dt=4t+4t3−10t−4t3(1+t2)2dt=−6t(1+t2)2dt. 7x−10−x2=(x−2)t=(5+2t21+t2−2)t=5+2t2−2−2t21+t2t=3t1+t2. t=(x−2)(5−x)(x−2)=(5−x)(x−2). ∫xdx(7x−10−x2)3=∫5+2t21+t2−6t(1+t2)2dt(3t1+t2)3=∫−6t(5+2t2)(1+t2)3(3t1+t2)3dt=∫−6t(5+2t2)27t3dt=∫−6(5+2t2)27t2dt= =∫(−3027t2−12t227t2)dt=127∫(−30t2−12)dt=127(30t−12t)+C=127(30(5−x)(x−2)−12(5−x)(x−2))+C= =30x−2275−x−1227(5−x)(x−2)+C.


  • Reikia apskaičiuoti integralą

∫dxx2+3x−4.

Sprendimas. Kadangi x2+3x−4=(x+4)(x−1), tai:

(x+4)(x−1)=(x+4)t; tada

(x+4)(x−1)=(x+4)2t2, x−1=(x+4)t2, x−1=xt2+4t2, x−xt2=4t2+1, x=1+4t21−t2.
dx=(1+4t2)′⋅(1−t2)−(1+4t2)⋅(1−t2)′(1−t2)2=8t⋅(1−t2)−(1+4t2)⋅(−2t)(1−t2)2dt=
=8t−8t3+2t+8t3(1−t2)2dt=10t(1−t2)2dt.
(x+4)(x−1)=(x+4)t=(1+4t21−t2+4)t=1+4t2+4−4t21−t2⋅t=5t1−t2.
t=(x+4)(x−1)(x+4)=(x+4)(x−1)(x+4)2=x−1x+4.
Grįžtant prie pradinio integralo, gauname:

∫dxx2+3x−4=∫10t(1−t2)(1−t2)25tdt=∫21−t2dt=ln⁡|1+t1−t|+C=ln⁡|1+x−1x+41−x−1x+4|+C= =ln⁡|x+4+x−1x+4−x−1|+C.

Diferencialinių binomų integravimas

Integralas ∫xm(a+bxn)pdx, kur m, n, p - racionalieji skaičiai, vadinamas integralu su binominiu diferencialu. Šį integralą elementariosiomis funkcijomis įmanoma išreikšti tik trimis atvejais:

I. p - sveikasis skaičius. Jei p>0, tai pointegralinis binomas skleidžiamas pagal Niutono binomo formulę. Jei p<0, tai keičiame x=tk, kur k - bendras trupmenų m ir n vardiklis. Pavyzdžiui, trupmenų 14 ir 23 bendras vardiklis yra 3 ⋅ 4 = 12.
II. m+1n - sveikasis skaičius. Keičiame a+bxn=tα, kur α - trupmenos p vardiklis.
III. m+1n+p - sveikasis skaičius. Keičiame a+bxn=tαxn, kur α - trupmenos p vardiklis.

Pavyzdžiai

  • ∫x13(2+x)2dx=∫x13(4+4x+x)dx=∫(4x13+4x56+x43)dx=3x43+2411x116+37x73+C,

kur p=2 - sveikasis skaičius. Turime I atvejį.

  • ∫1+x13x23dx=∫x−23(1+x13)12dx=∫t26tdt=6∫t2dt=2t3+C=2(1+x13)32+C,

kur m=−23;n=13;p=12;m+1n=1. Turime II atvejį. 1+x13=t2;13x−23dx=2tdt.

  • ∫x−11(1+x4)−12dx=−12∫(t2−1)114(t2t2−1)−12tdt(t2−1)54=−12∫(t2−1)114+12−54tt22dt=

=−12∫(t2−1)2dt=−t510+t33−t2+C=−(1+x4)5210x2+(1+x4)323x2−(1+x4)122x2+C, kur m=−11; n=4; p=−12;m+1n+p=−3. Turime III atvejį. 1+x4=x4t2; x=1(t2−1)14;dx=−tdt2(t2−1)54;t=1+x4x2.

  • ∫x3dx1+2x2=∫x3(1+2x2)−12dx=12∫(u2−12)32u−1(u2−12)−12udu=12∫u2−12du=

=14(u33−u)+C=(1+2x2)3212−1+2x24+C, kur m+1n=3+12=2; 1+2x2=u2; x=(u2−12)12;dx=12(u2−12)−12udu.

  • ∫x−13(1−x23)−12dx=−3∫t−1⋅tdt=−3∫dt=−3t+C=−31−x23+C,

kur m=−13; n=23;p=−12;m+1n=1;1−x23=t2;−23x−13dx=2tdt;dx=−3x13tdt;x23=1−t2.

  • ∫x13(1−x23)−12dx=−3∫x13⋅(t2)−12⋅x13⋅tdt=−3∫x23⋅t−1⋅tdt=

=−3∫(1−t2)ttdt=−3∫(1−t2)dt=−3(t−t33)+C=−3(1−x23−(1−x23)33)+C= =−33(1−x23)12−(1−x23)323+C=−3(1−x23)12+(1−x23)32+C=

=−31−x23+1−3x23+3x43−x2+C,

kur m=13; n=23;p=−12;m+1n=2;1−x23=t2;−23x−13dx=2tdt;dx=−3x13tdt;x23=1−t2.

  • ∫dxx2+3. Matome, kad tinka trečias atvejis, nes m+1n+p=0+12−12=0. Čia m=0, n=2, p=−12. Keičiame a+bxn=tαxn, kur α - trupmenos p vardiklis. Taigi a+bxn=tαxn, čia a=3, b=1; x2+3=t2x2; 3=t2x2−x2; x2=3t2−1=3(t2−1)−1; x=3⋅(t2−1)−12.
dx=−32⋅(t2−1)−32⋅2tdt=−3t(t2−1)3dt.
∫dxx2+3=−3∫tdt(t2−1)3⋅3t2−1+3=−3∫tdt(t2−1)3⋅31+t2−1t2−1=
=−∫tdt(t2−1)3⋅t2t2−1=−∫tdt(t2−1)3⋅t1t2−1=−∫dt(t2−1)3⋅1t2−1=
=−∫dt(t2−1)3t2−1=−∫dt(t2−1)2=−∫dtt2−1=∫dt1−t2.
Iš interentinio integratoriaus:
∫dt1−t2=12(ln⁡(t+1)−ln⁡(1−t))+C=tanh−1t+C=artanht+C.
Kur t=x2+3x2. Kad galima būtų skaičiuoti pagal šią formulę t turi būti mažiau už 1 (t<1). Nes kitaip nesiskaičiuoja ln(1-t). Bet mūsų pavyzdyje, kad ir kokias x reikšmes nestatysi į t=x2+3x2, vistiek t bus daugiau už 1.
Galima taip integruot:
−∫dtt2−1=−∫dt(t−1)(t+1);
toliau integruojama kaip racionali funkcija.
−1(t−1)(t+1)=At−1+Bt+1;
Abi lygties puses padauginame iš (t-1)(t+1). Tada
−1=A(t+1)+B(t−1),
−1=At+A+Bt−B,
−1=(A+B)t+A−B;
iš čia turime sistemą:
A+B=0,
A-B=-1.
Tada iš antros lygties A=B-1. Įstačius šia A reikšmę į pirmą lygtį, gauname
B-1+B=0,
2B=1,
B=1/2.
Tada A=-B=-1/2.
Tokiu budu gauname, kad
−1(t−1)(t+1)=−1/2t−1+1/2t+1.
Integruodami gauname:
−∫dtt2−1=−∫dt(t−1)(t+1)=∫(−1/2t−1+1/2t+1)dt=12(−ln⁡(t−1)+ln⁡(t+1))+C.
Kur t=x2+3x2.
1. Jei įstatysime x=2, tai gausime, t=x2+3x2=22+322=74=1.75=1.32287565553.
12(−ln⁡(t−1)+ln⁡(t+1))=12(−ln⁡(1.75−1)+ln⁡(1.75+1))=0.986646961=
=0.98664696104483410110205523811797.
Kai x=1, tai t=x2+3x2=12+312=41=4=2.
12(−ln⁡(t−1)+ln⁡(t+1))=12(−ln⁡(2−1)+ln⁡(2+1))=ln⁡32=0.549306144334=
=0.54930614433405484569762261846126.
Bet tokia funkcija integruojama lengviau kitaip (ne per diferencialinius binomus; integruojant keičiant kintamąjį) ir yra jinai integralų lentelėje
∫dxx2±a2=ln⁡|x+x2±a2|+C.
2. Tada, kai x=2, tai
ln⁡|x+x2+3|=ln⁡|2+22+3|=ln⁡|2+7|=1.5359531=
=1.5359531053788889467996778565792.
O kai x=1, tai
ln⁡|x+x2+3|=ln⁡|1+12+3|=ln⁡|1+4|=ln⁡|3|=1.0986122886681=
=1.0986122886681096913952452369225.
Tada, kai x kinta nuo 1 iki 2, tai pirmu atveju integruojant gauname:
0.98664696104483410110205523811797 - 0.54930614433405484569762261846126 = 0.43734081671077925540443261965671.
Antru atveju, kai x kinta nuo 1 iki 2 integruojant gautume:
1.5359531053788889467996778565792 - 1.0986122886681096913952452369225 = 0.4373408167107792554044326196567.
Abiais būdais integruojant gavome tą patį atsakymą.
Toks Free Pascal kodas:
  var a:longint; c,d:real;
  begin
  for a:=1 to 100000000  do
  d:=d+0.00000002/sqrt(sqr(a*0.00000002)+3);
  for a:=1 to 100000000  do
  c:=c+0.00000001/sqrt(sqr(a*0.00000001)+3);
  writeln(d);
  writeln(c);
  writeln(d-c);
  readln;
  end.
Duoda rezultatus:
9.8664695905111544E-001
5.4930614394743249E-001
4.3734081510368294E-001
po 4 sekundžių su 4.16 GHz dažniu veikiančiu procesorium (per pirmus du paleidimus duoda šituos rezultatus po 18 sekundžių; bet jeigu iškart exe failą (diferencialiniaibinomai.exe) paleist [kurį sukuria visada Free Pascal programa] iš "C:\FPC\3.2.0\bin\i386-win32", tai rezultatai gaunami po 4 sekundžių ir taip yra su visais Free Pascal skaičiavimais, kad per exe failą greičiau skaičiuoja [iš pirmo karto]). Matome, kad rezultatai tokie patys kaip skaičiuojant/integruojant pirmu atveju.
Toks Free Pascal kodas:
  var a:longint; c,d:real;
  begin
  for a:=1 to 1000000000  do
  d:=d+0.000000002/sqrt(sqr(a*0.000000002)+3);
  writeln(d);
  readln;
  end.
duoda rezultatą "9.8664696084608883E-001" (tai reiškia 9.8664696084608883⋅10−1) po 20 sekundžių su 4.16 GHz dažniu veikiančiu procesoriumi (per pirmus 2 kartus duodą rezultatą po 34 sekundžių).
Kodas apskaičiuoja plotą, po funkciją f(x)=1x2+3, apribotą šios funkcijos kreive, ašimi Ox, ašimi Oy ir ašiai Ox statmena tiese taške x=2.
Beje, integruojant antru budu, kai x kinta nuo 0 iki 2, gauname:
∫02dxx2+3=ln⁡|x+x2+3||02=ln⁡|2+22+3|−ln⁡|0+02+3|=ln⁡|2+7|−ln⁡|3|=
= 1.5359531053788889467996778565792 - 0.54930614433405484569762261846126 = 0.98664696104483410110205523811797.
Į anksčiau pirmu budu gautą integralą, įstatę t=x2+3x2=x2+3x, gauname:
12(−ln⁡(t−1)+ln⁡(t+1))=12(−ln⁡(x2+3x−1)+ln⁡(x2+3x+1))=12ln⁡x2+3x+1x2+3x−1=
=12ln⁡x2+3+xxx2+3−xx=12ln⁡x2+3+xx2+3−x=12(−ln⁡(x2+3−x)+ln⁡(x2+3+x)).
Tokiu budu gavome, kad
∫dxx2+3=12(−ln⁡(x2+3−x)+ln⁡(x2+3+x))+C.
O bendru atveju gauname tokį, tikriausiai niekam nematytą, integralą:
∫dxx2+a2=12(−ln⁡(x2+a2−x)+ln⁡(x2+a2+x))+C.
Integruodami uždavinio sąlygos integralą nuo 0 iki 2, gauname:
∫02dxx2+3=12(−ln⁡(x2+3−x)+ln⁡(x2+3+x))|02=
=12(−ln⁡(22+3−2)+ln⁡(22+3+2))−12(−ln⁡(02+3−0)+ln⁡(02+3+0))=
=12(−ln⁡(7−2)+ln⁡(7+2))−12(−ln⁡3+ln⁡3)=12(−ln⁡(7−2)+ln⁡(7+2))=
=12(−(−0.43734081671)+1.535953105)=12⋅1.973293922=
=0.98664696104483410110205523811797.
Toks pat atsakymas, kaip ir integruojant anksčiau.
Dar galima gauti kitokia šio integralo išraišką. Štai taip:
12ln⁡x2+3+xx2+3−x=12ln⁡(x2+3+x)(x2+3+x)(x2+3−x)(x2+3+x)=12ln⁡(x2+3+x)2(x2+3)−x2=
=12ln⁡(x2+3+x)23=−12ln⁡|3|+12ln⁡|(x2+3+x)2|=−12ln⁡|3|+ln⁡|x2+3+x|.
Tada ∫dxx2+a2=−ln⁡|a|+ln⁡|x2+a2+x|+C.
Integruodami iš pirmo būdo ką tik gautą integralą nuo 0 iki x, turėsime:
∫0xdxx2+a2=(−ln⁡|a|+ln⁡|x2+a2+x|)|0x=(−ln⁡|a|+ln⁡|x2+a2+x|)−(−ln⁡|a|+ln⁡|02+a2+0|)=
=(−ln⁡|a|+ln⁡|x2+a2+x|)−(−ln⁡|a|+ln⁡|a2|)=−ln⁡|a|+ln⁡|x2+a2+x|.
Antru budu integruodami nuo 0 iki x, turime:
∫0xdxx2+a2=ln⁡|x+x2+a2||0x=ln⁡|x+x2+a2|−ln⁡|0+02+a2|=ln⁡|x+x2+a2|−ln⁡|a2|=ln⁡|x+x2+a2|−ln⁡|a|.
Gavome tokius pačius integralus ir įstačius vietoj x ir a bet kokias reikšmes, abiais būdais gausime tokias pat išraiškas ir atsakymus.


  • ∫1+x43xdx=∫x−1/2(1+x1/4)1/3dx;
m=−12,n=14,p=13,m+1n=−1/2+11/4=1/21/4=2 (II atvejis).
Keičiame a+bxn=tα, kur α - trupmenos p vardiklis. Tada pakeitimas yra 1+x1/4=t3, x1/4=t3−1, x=(t3−1)4,
dx=4(t3−1)3⋅3t2dt=12t2(t3−1)3dt. 1+x1/43=t.
∫1+x43xdx=∫x−1/2(1+x1/4)1/3dx=∫(t3−1)−2(1+(t3−1))1/312t2(t3−1)3dt=
=∫(1+(t3−1))1/312t2(t3−1)dt=12∫(t3)1/3t2(t3−1)dt=12∫t3(t3−1)dt=12∫(t6−t3)dt=
=12(t77−t44)+C=37t4(4t3−7)+C=37(1+x1/43)4(4(1+x1/4)−7)+C=371+x1/43(1+x1/4)(4(1+x1/4)−7)+C.


  • Apskaičiuosime integralą
I=∫dxx2a+bx2=∫x−2(a+bx2)−12dx.
Šiame pavyzdyje m=−2,n=2,p=−12, todėl m+1n+p=−2+12−12=−12−12=−1 (III atvejis).
Tada a+bxn=tαxn, kur α - trupmenos p vardiklis; a+bx2=t2x2. Ir pasinaudojame keitiniu
t=ax2+b;t2x2−bx2=a,(t2−b)x2=a,x=at2−b;dx=−12a2tdt(t2−b)3/2=−atdt(t2−b)3.
Tada gauname
I=∫x−2(a+bx2)−12dx=∫t2−ba(a+bat2−b)−12−atdt(t2−b)3=∫t2−ba(a(t2−b)+abt2−b)−12−atdt(t2−b)3=
=∫t2−ba(t2t2−b)−12−atdt(t2−b)3=∫t2−bat2−bt−atdt(t2−b)3=−∫dta=
=−ta+C=−ax2+ba+C.


  • Apskaičiuosime integralą I=∫x5(1−x2)−12dx. Šiuo atveju m=5,n=2,p=−12, todėl m+1n=3 (II atvejis). Pasinaudoję pakeitimais
t=1−x2,t2=1−x2,x=1−t2,dx=−2tdt21−t2=−tdt1−t2,
gauname
I=∫x5(1−x2)−12dx=∫(1−t2)5(1−[1−t2])−12−tdt1−t2=∫1−t2(1−t2)2(t2)−12−tdt1−t2=
=∫1−t2(1−t2)21t−tdt1−t2=−∫(1−t2)2dt=−∫(1−2t2+t4)dt=−∫dt+2∫t2dt−t4dt=
=−t+23t3−t55+C=−1−x2+23(1−x2)3−(1−x2)55+C.

Nuorodos