不定积分 (公式大全)

第5章不定积分,5.1原函数与不定积分的概念一、原函数与不定积分通过对求导和微分的学习，我们可以从一个函数yf(x)出发，去求它的导数f(x)那么，我们能不能从一个函数的导数f(x)出发，反过来去求它是哪一个函数(原函数)的导数呢?定义已知f(x)是定义在某区间上的一个函数，如果存在函数F(x)，使得在该区间上的任何一点x处都有F(x)f(x)，那么称函数F(x)为函数f(x)在该区间上的一个原函数。,例1求下列函数的一个原函数：f(x)2xf(x)cosx解：(x2)2xx2是函数2x的一个原函数(sinx)cosxsinx是函数cosx的一个原函数这里为什么要强调是一个原函数呢?因为一个函数的原函数不是唯一的。例如在上面的中，还有(x21)2x，(x21)2x所以x2、x21、x21、x2C(C为任意常数)都是函数f(x)2x的原函数。,定理5.1设F(x)是函数f(x)在区间I上的一个原函数，C是一个任意常数，那么，F(x)C也是f(x)在该区间I上的原函数f(x)该在区间I上的全体原函数可以表示为F(x)C证明：F(X)CF(x)(C)f(x)F(x)C也是f(x)的原函数略,这说明函数f(x)如果有一个原函数F(x)，那么它就有无穷多个原函数，它们都可以表示为F(x)C的形式。定义5.2函数f(x)的全体原函数叫做函数f(x)的不定积分，记作f(x)dx，其中叫做积分号，f(x)叫做被积函数，x叫做积分变量。求函数f(x)的不定积分就是求它的全体原函数，因此，f(x)dxF(x)C其中C是任意常数，叫做积分常数。,例2求下列不定积分x5dxsinxdx解：是x5的一个原函数cosx是sinx的一个原函数,二、不定积分的几何意义设F(x)是函数f(x)的一个原函数，则曲线yF(x)称为f(x)的一条积分曲线，曲线yF(x)C表示把曲线yF(x)上下平移所得到的曲线族。因此，不定积分的几何意义是指由f(x)的全体积分曲线组成的积分曲线族。例4求斜率为2x且经过点(1,0)的曲线。解：设所求曲线为yf(x)，则f(x)2x，故yx2C，曲线过点(1,0)以x1、y0代入得012C，解得C1，因此，所求曲线为yx21。,三、基本积分公式由于积分运算是求导运算的逆运算，所以由基本求导公式反推，可得基本积分公式dxxCxdx(-1)exdxexCsinxdxcosxCcosxdxsinxCsec2xdxtanxCcsc2xdxcotxC,说明：冪函数的积分结果可以这样求，先将被积函数的指数加1，再把指数的倒数放在前面做系数。注意不能认为arcsinxarccosx，他们之间的关系是arcsinx2arccosx,四、不定积分的性质f(x)dxf(x)该性质表明，如果函数f(x)先求不定积分再求导，所得结果仍为f(x)F(x)dxF(x)C该性质表明，如果函数F(x)先求导再求不定积分，所得结果与F(x)相差一个常数Ckf(x)dxkf(x)dx(k为常数)该性质表明，被积函数中不为零的常数因子可以提到积分号的前面f(x)g(x)dxf(x)dxg(x)dx该性质表明，两个函数的和或差的不定积分等于这两个函数的不定积分的和或差,五、基本积分公式的应用例7求(9x28x)dx解：(9x28x)dx9x2dx8xdx33x2dx42xdx3x34x2C例11求3xexdx,5.2不定积分的计算一、直接积分法对被积函数进行简单的恒等变形后直接用不定积分的性质和基本积分公式即可求出不定积分的方法称为直接积分法。运用直接积分法可以求出一些简单函数的不定积分。,一、第一换元法(凑微分法)如果被积函数的自变量与积分变量不相同，就不能用直接积分法。例如求cos2xdx，被积函数的自变量是2x，积分变量是x。这时，我们可以设被积函数的自变量为u，如果能从被积式中分离出一个因子u(x)来，那么根据f(u)u(x)dxf(u)duF(u)C就可以求出不定积分。这种积分方法叫做凑微分法。,讲解例题例2求2sin2xdx解：设u2x，则du2dx2sin2xdxsin2x2dxsinuducosuCcos2xC注意：最后结果中不能有u，一定要还原成x。解：设ux21，则du2xdx,解：设ux2，则du2xdx设ucosx，则du-sinxdx,当计算熟练后，换元的过程可以省去不写。例求sin3xcosxdx解：sin3xcosxdxsin3xd(sinx)sin4xC,二、第二换元积分法例如，求，把其中最难处理的部分换元，令则原式，再反解xu21，得dx2udu，代入这就是第二换元积分法。,(1)如果被积函数含有，可以用xasint换元。(2)如果被积函数含有，可以用xatant换元。,(3)如果被积函数含有，可以用xasect换元。,以下结果可以作为公式使用：tanxdxln|secx|Ccotdxln|cscx|Csecxdxln|secxtanx|Ccscxdxln|cscxcotx|C,5.3分部积分法一、分部积分公式考察函数乘积的求导法则：u(x)v(x)u(x)v(x)u(x)v(x)两边积分得u(x)v(x)u(x)v(x)dxu(x)v(x)dx于是有u(x)v(x)dxu(x)v(x)u(x)v(x)dx或表示成u(x)dv(x)u(x)v(x)v(x)du(x)这一公式称为分部积分公式。,二、讲解例题例1求xexdx解:令u(x)x，v(x)ex则原式为u(x)v(x)dx的形式(ex)exv(x)ex，由分部积分公式有xexdxxexexdxxexexC例2求xcos2xdx解：令u(x)x，v(x)cos2x，则v(x)sin2x于是xcos2xdxxsin2xsin2xdxxsin2xcos2xC,有时，用分部积分法求不定积分需要连续使用几次分部积分公式才可以求出结果。例5：求x2e-2xdx解：令u(x)x2，v(x)e-2x，则v(x)于是,由此可见：作一次分部积分后，被积函数中幂函数的次数可以降低一次。如果所得到的积分式还需要用分部积分法解，那么，可以再用分部积分公式做下去。为了简化运算过程，下面介绍:三、分部积分法的列表解法例如：求x2sinxdxx2sinx求导+积分2x-cosx,x2sinxdx-x2cosx-2x(-cosx)dx,分部积分法的列表解法例如：求x2sinxdxx2sinx,求导,积分,2x,-cosx,x2sinxdx-x2cosx2xcosxdx,-x2cosx2xsinx-2sinxdx,求导,积分-sinx,-x2cosx2xsinx2cosxC,求导,积分+cosx,例4：求xlnxdxxlnx求导积分1?这说明把lnx放在右边用分部积分法解不下去。把lnx放在左边用分部积分法解：lnxx求导+积分-,一般原则对数函数、反三角函数、幂函数应放在左边，指数函数、三角函数应放在右边。有些单独一个函数的不定积分也要用分部积分法解。例3：求lnxdxlnx1求导+积分-x,=xlnxdx=xlnxxC,例6求arcsinxdxarcsinx1求导+积分-x例71求导积分x,例8求exsin3xdx解：exsin3xdxexsin3x3excos3xdxexsin3x3excos3x9exsin3xdx移项得exsin3xdxex(si3nx3cos3x)C5.4有理函数积分法一、有理函数的定义有理函数是指分子、分母都是多项式的分式函数，形如,二、真分式的部分分式分解设分子的次数为n，分母的次数为m。当nm时，该分式称为真分式；当nm时，该分式称为假分式。假分式可以写成多项式与真分式的和。这里主要讲解真分式的部分分式分解。例分解成部分分式解：因为分母含有(x1)的三重因式，所以设,等式右边通分后得比较等式两边分子各项的系数得1解得：1320230112这种方法称为待定系数法,几种简单分式的积分法一、,二、1.当分子不含一次项时因为分母中p2-4q0，所以分母可以配方成(x-m)2+n2，再进一步，还可以化成,2.当分子含有一次项时，可将