Matematika/Trigonometrinių funkcijų integravimas

Iš testwiki.
Pereiti į navigaciją Jump to search

I. Integralai sinmxcosnxdx, kur m, n - sveikieji skaičiai, suvedami į integralą su binominiu diferencialu ir integruojami tik 3 atvejais:

1)n nelyginis;
2)m nelyginis;
3)m+n lyginis.

Jei n nelyginis, taikome keitinį sinx=t, jei m nelyginis, taikome keitinį cosx=t; jei m+n lyginis, keičiame tanx=t; sinx=t1+t2;cosx=11+t2;dx=dt1+t2.

Pavyzdžiai

  • dx5cos2x+9sin2x.tanx=t;sinx=t1+t2;cosx=11+t2;dx=dt1+t2.

dt1+t25(11+t2)2+9(t1+t2)2=dt5+9t2=135arctan3t5+C.

  • cos4xsin2xdx=(1sin2x)2sin2xdx=(1sin2x2+sin2x)dx=cotx2x+12(1cos(2x))dx=

=cotx3x2sin(2x)4+C.

  • sin2xcos6xdx. Skaičiai m ir n lyginiai, m=2, n=6, m+n=4 lyginis, todėl taikome keitnį tanx=t; sin2x=t21+t2; cosx=11+t2; cos6x=1(1+t2)3; dx=dt1+t2.
sin2xcos6xdx=t21+t2dt1+t21(1+t2)3=t2dt(1+t2)21(1+t2)3=t2(1+t2)2(1+t2)3dt=t2(1+t2)dt=t33+t55+C=tan3x3+tan5x5+C.


  • Apskaičiuosime integralą sinxcosxdxsin4x+cos4x.
Kadangi pointegralinė funkcija nekeičia reikšmės, kai kartu keičiami sinx ir cosx ženklai, tai pagal tam tikras taisykles, pakeitę t=tanx, gauname
sinxcosxdxsin4x+cos4x=t1+t211+t2dt1+t2t4(1+t2)2+1(1+t2)2=t(1+t2)2dtt4+1(1+t2)2=tdtt4+1=12d(t2)(t2)2+1=12arctan(t2)+C=12arctan(tan2x)+C,
kur sin4x=t4(1+t2)2,cos4x=1(1+t2)2,dx=dt1+t2.


II.Integralai sinxcosxdx (be laipnsių) suvedami į racionaliųjų funkcijų integralus keitiniu tanx2=t. Tada sinx=2t1+t2;cosx=1t21+t2;dx=2dt1+t2.

Pavyzdžiai

  • dx3+sinx+cosx. tanx2=t; x2=arctant; x=2arctant; sinx=2t1+t2; cosx=1t21+t2; dx=d(2arctant)=2dt1+t2.

dx3+sinx+cosx=2dt1+t23+2t1+t2+1t21+t2=2dt1+t22(t2+t+2)1+t2=dtt2+t+2=dt(t+12)2+74= =27arctan2t+17+C=27arctan2tanx2+17+C.


  • cotxdx1sinxcosx=cosxdxsinx(1sinxcosx)=1t21+t22dt1+t22t1+t2(12t1+t21t21+t2)=

=2(1t2)dt(1+t2)22t+2t34t22t+2t3(1+t2)2=2(1t)(1+t)dt4t34t2=2(1t)(1+t)dt4t2(1t)=12(1t2+1t)dt=12(cotx2ln|tanx2|)+C, kur tanx2=t;sinx=2t1+t2;cosx=1t21+t2;dx=2dt1+t2.


III. Integralams R(x,a2x2)dx=x±1(a2x2)±1dx taikomi ketiniai x=asint, x=atant arba x=asint.

Pavyzdžiai

  • x9x2dx=3sint99sin2t3costdt=27sint1sin2tcostdt=

=27sintcostcostdt=27cos2td(cost)=27cos3t3+C=9(1sin2t)1sin2t+C= =9(1x232)1x232+C=13(9x2)9x2+C, kur 3sint=x; sint=x3; dx=3costdt.

  • dxxa2+x2=adtacos2ttanta2+a2tan2t=adta2cos2ttant1+tan2t=costdtacos2ttant=1adtsint=

=1aln|1costsint|+C=1aln|1sintcott|+C=1aln|a2+x2ax|+C,

kur x=atant; dx=acos2t; tant=xa; cott=ax; 1sint=1+cot2t=a2+x2x; 1+tan2t=1cos2t.

Integravimas tam tikrų klasių trigonometrinių funkcijų

R(sinx,cosx)𝖽x=R(2t1+t2,1t21+t2)2𝖽t1+t2.

Imamas keitinys tanx2=t,π<x<π.
Funkcijos sin(x) ir cos(x) išreiškiamos per tangentą tanx2 ir taip išreiškiamos per t.
sinx=2sinx2cosx21=2sinx2cosx2sin2x2+cos2x2=2(sinx2cosx2)/cos2x2(sin2x2+cos2x2)/cos2x2=2tanx2tan2x2+1=2t1+t2,
cosx=cos2x2sin2x21=cos2x2sin2x2sin2x2+cos2x2=(cos2x2sin2x2)/cos2x2(sin2x2+cos2x2)/cos2x2=1tan2x2tan2x2+1=1t21+t2.
Toliau
x2=arctant,x=2arctant,𝖽x=2𝖽t1+t2.

Pavyzdžiai

  • dxsinx=2𝖽t1+t22t1+t2=dtt=ln|t|+C=ln|tanx2|+C.
  • 𝖽x1+sinx=2𝖽t1+t21+2t1+t2=2𝖽t(1+t2)1+t2+2t1+t2=2𝖽tt2+2t+1=2𝖽t(t+1)2=
=2𝖽(t+1)(t+1)2=2t+1+C=2tanx2+1+C1.
  • 𝖽x9+8cosx+sinx=2𝖽t(1+t2)(9+81t21+t2+2t1+t2)=2𝖽t(1+t2)9(1+t2)+8(1t2)+2t1+t2=
=2𝖽t9(1+t2)+8(1t2)+2t=2𝖽t9+9t2+88t2+2t=2𝖽tt2+2t+17=2𝖽t(t+1)2+16=
=2𝖽t16((t+1)216+1)=24𝖽(t+14)16((t+14)2+1)=12𝖽(t+14)(t+14)2+1=12arctant+14+C=12arctantanx2+14+C,
kur 𝖽(t+14)=𝖽t4;𝖽t=4𝖽(t+14).


  • 1+sinxsinx(1+cosx)dx=(1+2t1+t2)2𝖽t1+t22t1+t2(1+1t21+t2)=1+t2+2t1+t22𝖽t1+t22t1+t2(1+t21+t2+1t21+t2)=2t2+2t+1(1+t2)2𝖽t2t1+t221+t2=2(t2+2t+1)𝖽t4t=12(t+2+1t)𝖽t=.
=12(t22+2t+lnt)+C=t24+t+12lnt+C=tan2x24+tanx2+12lntanx2+C.

Integravimas tam tikrų klasių trigonometrinių funkcijų 4)

Jeigu pointegralinė funkcija turi pavidalą R(sin(x),cos(x)), bet sinx ir cosx turi tik lyginius laipsnius, tai daromas keitinys:

tanx=t,
x=arctant,
nes sin2x ir cos2x išsireiškia racionaliai per tanx:
cos2x=12(1+1tan2x1+tan2x)=121+tan2x+1tan2x1+tan2x=1221+tan2x=11+tan2x=11+t2, arba

cos2x=cos2xcos2x+sin2x=1cos2x+sin2xcos2x=11+tan2x=11+t2;

sin2x=12(11tan2x1+tan2x)=121+tan2x(1tan2x)1+tan2x=122tan2x1+tan2x=tan2x1+tan2x=t21+t2, arba

sin2x=sin2xcos2x+sin2x=sin2xcos2xcos2x+sin2xcos2x=tan2x1+tan2x=t21+t2;

𝖽x=𝖽(arctant)=𝖽t1+t2.

Pavyzdžiai

  • 𝖽x2sin2x=𝖽t(2t21+t2)(1+t2)=𝖽t(2(1+t2)t21+t2)(1+t2)=𝖽t(2+2t2t21+t2)(1+t2)=
=𝖽t2+t2=12arctant2+C=12arctan(tanx2)+C.
Patikriname
𝖽𝖽x(12arctan(tanx2)+C)=12𝖽𝖽x(arctan(tanx2)).
Turime, kad 𝖽𝖽uarctanu=11+u2, kur u=tanx2 ir 𝖽𝖽x(tanx2)=12cos2x. Todėl
12𝖽𝖽u(arctanu)𝖽𝖽x(tanx)=1211+u212cos2x=1211+(tanx2)212cos2x=1211+tan2x212cos2x=
=1222+tan2x1cos2x=1222+sin2xcos2x1cos2x=1222cos2x+sin2xcos2x1cos2x=122cos2x2cos2x+sin2x1cos2x=1222cos2x+sin2x=
=12(1sin2x)+sin2x=122sin2x+sin2x=12sin2x.

Taip pat skaitykite