4.1 不定积分的概念与性质
4.1.1 原函数的定义
定义:若 F′(x)=f(x) 在区间 I 上成立,则称 F(x) 为 f(x) 在该区间上的原函数。
重要性质:
- 若 F(x) 是 f(x) 的原函数,则 F(x)+C(C 为任意常数)也是 f(x) 的原函数
- 同一函数的任意两个原函数之间只相差一个常数
- 连续函数必有原函数(原函数存在定理)
4.1.2 不定积分的定义
∫f(x)dx=F(x)+C
其中 F(x) 是 f(x) 的一个原函数,C 为积分常数。
4.1.3 基本性质
线性性质:
∫[kf1(x)±lf2(x)]dx=k∫f1(x)dx±l∫f2(x)dx
微分与积分的关系:
dxd∫f(x)dx=f(x)
∫f′(x)dx=f(x)+C
4.1.4 基本积分公式表
∫0dx=C∫xndx=n+1xn+1+C(n=−1)∫x1dx=ln∣x∣+C∫axdx=lnaax+C∫exdx=ex+C∫sinxdx=−cosx+C∫cosxdx=sinx+C∫sec2xdx=tanx+C∫csc2xdx=−cotx+C∫1−x21dx=arcsinx+C∫1+x21dx=arctanx+C
4.2 换元积分法
4.2.1 第一类换元法(凑微分法)
基本公式:
∫f(g(x))g′(x)dx=∫f(u)du
常见的凑微分形式
| 原式 | 凑微分形式 |
|---|
| dx | a1d(ax+b) |
| xdx | 21dx2 |
| x2dx | 31dx3 |
| x1dx | $d\ln |
| exdx | dex |
| cosxdx | dsinx |
| sinxdx | −dcosx |
| sec2xdx | dtanx |
| x1dx | 2dx |
| x21dx | −dx1 |
4.2.2 第二类换元法
三角代换
| 根式形式 | 代换 | 辅助三角形 |
|---|
| a2−x2 | x=asint | 斜边为 a,对边为 x |
| a2+x2 | x=atant | 斜边为 a2+x2,邻边为 a |
| x2−a2 | x=asect | 斜边为 x,邻边为 a |
根式代换
方法:令 nax+b=t,则 x=atn−b,dx=antn−1dt
4.3 分部积分法
4.3.1 基本公式
∫udv=uv−∫vdu
4.3.2 u 选择原则(LIATE原则)
按优先级从高到低选择 u:
| 优先级 | 函数类型 |
|---|
| L | 对数函数 |
| I | 反三角函数 |
| A | 代数函数 |
| T | 三角函数 |
| E | 指数函数 |
4.3.3 循环积分
适用情况:积分形式为 ∫eaxsinbxdx 或 ∫eaxcosbxdx
方法:通过两次分部积分回到原积分,解方程得到结果。
4.4 有理函数的积分
4.4.1 有理函数的标准形式
Q(x)P(x)=bmxm+bm−1xm−1+⋯+b0anxn+an−1xn−1+⋯+a0
分类:
- 真分式:degP<degQ
- 假分式:degP≥degQ,先做多项式除法
4.4.2 部分分式分解
部分分式形式:
| 分母因式 | 部分分式形式 |
|---|
| (x−a)k | x−aA1+(x−a)2A2+⋯+(x−a)kAk |
| (x2+px+q)k (p2−4q<0) | x2+px+qB1x+C1+(x2+px+q)2B2x+C2+⋯ |
4.4.3 三角有理式积分
万能代换:令 t=tan2x,则
sinx=1+t22t,cosx=1+t21−t2,dx=1+t22dt