积分公式和常用方法总结

时间:2024-02-01 07:15:33

积分公式汇总

不定积分

不定积分的积分公式主要有如下几类:含ax+b的积分、含√(a+bx)的积分、含有x^2±α^2的积分、含有ax^2+b(a>0)的积分、含有√(a²+x^2) (a>0)的积分、含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分、含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分、含有三角函数的积分、含有反三角函数的积分、含有指数函数的积分、含有对数函数的积分、含有双曲函数的积分。

含a+bx的积分

含有a+bx的积分公式主要有以下几类:

含√(a+bx)的积分

含有√(a+bx)的积分公式主要包含有以下几类:

含有x^2±α^2的积分

含有ax^2+b(a>0)的积分

含有√(a^2+x^2) (a>0)的积分

被积函数中含有√(a^2+x^2) (a>0)的积分有 :

含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分

被积函数中含有√(a^2-x^2) (a>0)的积分有:

对于a2>x2有:

含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分

被积函数中含有√(|a|x^2+bx+c) (a≠0)的积分有


  

含有三角函数的积分

被积函数中含有三角函数的积分公式有:

含有反三角函数的积分

被积函数当中含有反三角函数的积分公式有:

含有指数函数的积分

被积函数当中包含有指数函数的积分公式

含有对数函数的积分

被积函数当中包含有对数函数的积分公式 

含有双曲函数的积分

被积函数当中包含有双曲函数的积分公式有

定积分

定积分公式有以下几种

积分性质

 

通常意义上的积分都满足一些基本的性质。以下积分区域

  

的在黎曼积分意义上表示一个区间,在勒贝格积分意义下表示一个可测集合。积分的性质有:线性性、保号性、极大值极小值、绝对连续性、绝对值积分等。

线性性

积分是线性的。如果一个函数可积,那么它乘以一个常数后仍然可积。如果函数fg可积,那么它们的和与差也可积。

保号性

如果一个函数f在某个区间上黎曼可积,并且在此区间上大于等于零。那么它在这个区间上的积分也大于等于零。如果f勒贝格可积并且几乎总是大于等于零,那么它的勒贝格积分也大于等于零。作为推论,如果两个

  

上的可积函数f和g相比,f(几乎)总是小于等于g,那么f的(勒贝格)积分也小于等于g的(勒贝格)积分。

如果黎曼可积的非负函数f在

  

上的积分等于0,那么除了有限个点以外,f = 0。如果勒贝格可积的非负函数f在

  

上的积分等于0,那么f几乎处处为0。如果

  

中元素A的测度μ (A)等于0,那么任何可积函数在A上的积分等于0。

函数的积分表示了函数在某个区域上的整体性质,改变函数某点的取值不会改变它的积分值。对于黎曼可积的函数,改变有限个点的取值,其积分不变。对于勒贝格可积的函数,某个测度为0的集合上的函数值改变,不会影响它的积分值。如果两个函数几乎处处相同,那么它们的积分相同。如果对

  

中任意元素A,可积函数f在A上的积分总等于(大于等于)可积函数g在A上的积分,那么f几乎处处等于(大于等于)g。 

分部积分法

 

分部积分法是微积分学中的一类重要的、基本的计算积分的方法。它的主要原理是利用两个相乘函数的微分公式,将所要求的积分转化为另外较为简单的函数的积分。根据组成被积函数的基本函数类型,将分部积分的顺序整理为口诀:“反对幂三指”。分别代指五类基本函数:反三角函数对数函数幂函数三角函数指数函数的积分。

分部积分公式推导

  

  

是两个关于

  

的函数,各自具有连续导数

  

  

,则按照乘积函数求微分法则,则有

或者

对其两边进行积分,且因

  

的原函数是

  

,得

如果将

  

  

用微分形式写出,则亦可得出

上两式就表示出了分部积分法则。它把

  

的积分化为

  

的积分,也即分部积分的好处是,可将复杂的被积函数简化为另一较易求得的函数积分。

例如,要求

  

,则依分部积分法则,令

如此

则按上述公式有

 

四种典型模式

编辑

一般地,从要求的积分式中将

  

凑成

  

是容易的,但通常有原则可依,也就是说不当的分部变换不仅不会使被积分式得到精简,而且可能会更麻烦。分部积分法最重要之处就在于准确地选取

  

,因为一旦

  

确定,则公式中右边第二项

 

中的

  

也随之确定,但为了使式子得到精简,如何选取

  

则要依

  

的复杂程度决定,也就是说,选取的

  

一定要使

  

比之前的形式更简单或更有利于求得积分。依照经验,可以得到下面四种典型的模式。  记忆模式口诀:反(函数)对(数函数)幂(函数)三(角函数)指(数函数)。


 

模式一

通过对

  

求微分后,

  

中的

  

  

更加简洁,而

  

  

的类型相似或复杂程度相当。

例如,对于形如

  

的不定积分(其中

  

  

多项式),由于对多项式求微分可以降次,且三角函数或指函数的积分则较容易求得,所以可以令

  

,而将另一个函数看成

 

通过分部求得积分。 

例如 求

 

首先,

 

对该式第二项再按此模式进行分部积分,得

故原式

 

模式二

通过对

  

求微分使得它的类型与

  

的类型相同或相近,然后将它们作为一个统一的函数来处理。例如对形如

  

等的积分,总是令

  

,则

  

则为一个

  

次的多项式,另一个函数(

  

等)看成

  

。通过分部积分,很容易求出不定积分。 

例如,求

 

而该式第二项为

故原积分式

 

模式三

利用有些函数经一次或二次求微分后不变的性质,通过一次或二次分部积分后,使等式右端再次产生

  

,只要它的系数不为1,就可以利用解方程的方法求出原积分

 

 

例如,对于积分

  

 

按法则对他们进行分部积分得

这样,所求积分均由另一个积分所表示出来,将这两式相加和相减(即解方程)得到所求积分表达式

以及

这两个通用表达式就可以求出该类型的所有积分式,比如

模式四

对某些形如

  

不定积分,利用分部积分可降低

  

的次数,求得递推公式,然后再次利用递推公式,求出

 

 

例如,对于积分

 

  

时,

 

  

时,

 

而该式的第二项又可变换为 

将其带入上式,则得到

最后,得到统一的递推关系式

定积分

编辑

不定积分的分部积分法一样,可得 

简写为

 

例如

 

示例

 

例1:

 

例2

回代即可得到

  

的值

换元积分法

换元积分法(Integration By Substitution)是求积分的一种方法,主要通过引进中间变量作变量替换使原式简易,从而来求较复杂的不定积分。它是由链式法则微积分基本定理推导而来的。

在计算函数导数时.复合函数是最常用的法则,把它反过来求不定积分,就是引进中间变量作变量替换,把一个被积表达式变成另一个被积表达式。从而把原来的被积表达式变成较简易的不定积分这就是换元积分法。换元积分法有两种,第一类换元积分法和第二类换元积分法。

两种方法

 

第一类

第一类换元法,也称为凑微分法,推导过程如下:

  

  

上有定义,

  

  

上可导,且

  

  

,并记

  

。若

  

  

上存在原函数

  

,则

  

  

上也存在原函数

  

  

,即

在使用时,也可把它写成如下简便形式:

使用这种方法的关键在于将

  

凑成

  

,以及

  

的原函数容易获得,下面通过一个例子来讲解:求

 

解:

第二类

  

  

上有定义,

  

  

上可导,且

  

  

,并记

  

。若

  

  

,则当

  

  

上存在原函数

  

时,

  

  

上也存在原函数

  

,且

  

,即

(其中 是

  

的反函数)[2] 

此时观察这两类换元法的定理公式,发现它们是互相可逆的。

例子

编辑计算积分

  

其中

  

换元为

  

后,

  

亦变为

  

,是因为其形式为黎曼-斯蒂尔杰斯积分,但在黎曼-斯蒂尔杰斯积分中变数的取值范围应该还是x的取值范围,而不是g(x)的取值范围。