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有效求解积分的几种方法

时间:2022-10-19 17:40:02 来源:网友投稿

摘要: 求解微分方程时都需要求积分,求积分的方法是非常灵活的,对于不同形式的积分有不同的方法.文章给出了几种求积分的方法,有一般方法和特殊方法,方便以后求积分时应用.

关键词: 积分函数一般方法特殊方法

微积分中研究了变量的各种函数及函数的微分与积分.但是如果函数未知,知道变量与函数的代数关系式,便可组成代数方程,通过求解代数方程解除未知函数.同样,如果知道自变量、未知函数及函数的微分组成的关系式,则得到的便是微分方程,通过求解微分方程求出未知函数.自变量只是一个的微分方程则可称为常微分方程.常微分方程是数学分析或是基础数学的一个组成部分,在整个数学学科中占据着重要的位置.

在求解微分方程时最关键的一步是求积分,即微分方程求解出的最终形式用初等函数表示出来,但是也不勉强从其中求出解的显示表达式.因此从微分方程求解的意义上讲,最终留下的是一个积分问题,而不是一个方程问题.因此如何求解函数的积分成为至关重要的步骤.

1.求解积分的一般方法

1)对于一些基本的初等函数,熟记这些函数的积分公式表,比如:三角函数、反三角函数、幂函数、对数函数、指数函数等一些基本的函数的公式,可以直接积分.

2)换元积分法,可以利用三角函数代换或者导数代换之类的.

3)分部积分法:

①具有形式?蘩x■e■dx;?蘩x■a■dx;?蘩x■sinxdx;?蘩x■cosxdx(k为正整数),甚至形如

?蘩p(x)e■dx;?蘩p(x)a■dx;?蘩p(x)sinbxdx;?蘩p(x)cosbxdx

(p(x)为多项式)这类积分,先积指数函数或者三角函数.

②具有形式

?蘩x■lnxdx;?蘩x■loga■dx;?蘩x■arcsinxdx;?蘩x■arccosxdx;?蘩x■arctanxdx;?蘩x■arccotxdx(k为正整数或0),

甚至形如

?蘩p(x)lnbxdx;?蘩p(x)loga■dx;?蘩p(x)arcsinbxdx;?蘩p(x)arccosbxdx;?蘩p(x)arctanbxdx;?蘩p(x)arccotbxdx

这类积分,先积x■或者p(x).

4)对于形如?蘩■和?蘩■dx(a■-4b<0)

这两种类型的积分,有:

?蘩■=ln|x-a|+C,k=1■+C,k>1

?蘩■dx,令t=x+■进行代换即可.

5)对于形如三角函数有理式?蘩R(sinx,cosx)dx的积分,可以通过万能代换式t=tan■,转化为有理函数的不定积分.

6)对于形如?蘩R(x,■)dx(ad-bc=0)无理根式的积分,令t=■

转化为有理函数的不定积分;

形如

?蘩R(x,■)dx(a>0,b■-4ac≠0;a<0,b■-4ac>0)

先将里面的一元二次方程配方,转化为形如这三种类型的方程:

?蘩R(m,■)dm;?蘩R(m,■)dm;?蘩R(m,■)dm

再利用三角代换,分别令m=ntant,m=nsect,m=nsint,将它们转化为三角有理式的不定积分.

2.求解积分的特殊方法

1)对于有些有理函数的积分,如果其分母在实数域内是个不可约多项式,则可以利用复变函数里面的留数理论讨论.先找被积函数的辅助函数,通常有■和lnz这两种类型,并求出它的支点;再避开支点作复围线,判断复围线有没有几点,然后利用柯西积分定理和留数定理讨论积分等式;最后分别讨论积分等式两边的积分即可.

2)当函数的分子、分母都含有sinx,cosx,并且次数都为一次时,可以用待定系数法求积分.

3)对于可以用分部积分法求解的不定积分?蘩g(x)h(x)dx,如果化简到后面还是比较繁琐,则此时可以运用“平行微积分法”求解.首先确定哪个微分g(x),h(x)哪一个积分;其次,比如此时设求g(x)的微分,那表示如下:

g(x)+h(x),g■(x)-h■(x),g■(x)+h■(x),…,g■(x)-h■(x),g■(x)+h■(x)

其中g■(x)是g■(x)求导数得来的,h■(x)是h■(x)求积分得来的.最后,直接可以得出结果,即

?蘩g(x)h(x)dx=g(x)h■(x)-g■(x)h■(x)+…+(-1)■g■(x)h■(x)+…+(-1)■g■(x)h■(x)+(-1)■?蘩g■(x)h■(x)dx

需要注意的是:(ⅰ)符号一直是正负号相间隔的;(ⅱ)如果?蘩g■(x)h■(x)dx是否容易求出,若可以直接求出,就不需要再继续对g■(x)求导数和h■(x)求积分.

4)如果被积函数f(x)较复杂,可以将其分解为若干个函数的线性组合,即f(x)=m■f■(x)+m■f■(x)+…+m■f■(x),m■为实数,f■(x)是较容易求出的被积函数,那此时

?蘩f(x)dx=m■?蘩f■(x)dx+m■?蘩f■(x)dx+…+m■?蘩f■(x)dx

此时原来函数的积分就转化为n个容易求积分的被积函数的线性组合了.

3.小结

求积分在数学分析里是至关重要的,同时也为专业教学提供可靠的教学工具和解决问题的手段。积分学掌握的情况不仅直接影响到该课程本身的学习,而且影响到其他相关学科,比如常微分方程,在微分方程里求积分也是很非常关键的步骤,顺利地求解函数的积分对于解决问题有很大的帮助.因此对求积分的方法研究和归纳具有很重要的意义.

参考文献:

[1]华东师范大学数学系.数学分析(上册第三版)[M].北京:高等教育出版社,1981.

[2]萧胜中.浅谈不定积分的求解方法[J].广东民族学院学报,1998,4:92-95.

[3]王高雄,周之铭等.常微分方程[M].北京:高等教育出版社,1978.

[4]李凯等.关于两类定积分的求解方法[J].太原师范学院,2008,4(7):46-79.

[5]赵继红.关于不定积分?蘩secxdx几种的求解方法[J].湖南文理学院学报,2012,24(1):5-6.

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