Б) Метод подстановки (метод введения новой переменной)
Пусть интеграл ( - непрерывна) не может быть непосредственно преобразован к виду табличного. Сделаем подстановку , где - функция, имеющая непрерывную производную. Тогда , и
. (3)
Формула (3) называется формулой замены переменной в неопределенном интеграле.
Как правильно выбрать подстановку? Это достигается практикой в интегрировании. Но можно установить ряд общих правил и некоторых приемов для частных случаев интегрирования.
Правило интегрирования способом подстановки состоит в следующем.
1. Определяют, к какому табличному интегралу приводится данный интеграл (предварительно преобразовав подынтегральное выражение, если нужно).
2. Определяют, какую часть подынтегральной функции заменить новой переменной, и записывают эту замену.
3. Находят дифференциалы обеих частей записи и выражают дифференциал старой переменной (или выражение, содержащее этот дифференциал) через дифференциал новой переменной.
4. Производят замену под интегралом.
5. Находят полученный интеграл.
6. Производят обратную замену, т.е. переходят к старой переменной.
Проиллюстрируем правило примерами.
Пример 18. Найти .
D Положим , тогда , и
= . Ñ
Пример 19. Найти .
D Вычислим интеграл , придерживаясь следующей формы записи:
= .
Этот интеграл найдем подведением под знак дифференциала.
= . Ñ
Пример 20. Найти ( ).
D Применим подстановку Эйлера: , где - новая переменная.
, т.е. , или . Отсюда , т.е. .
Таким образом, имеем . Заменяя его выражением через x, окончательно находим интеграл, играющий важную роль в интегрировании иррациональных функций: ( ). Ñ
Студенты прозвали этот интеграл «длинным логарифмом».
Иногда вместо подстановки лучше выполнять замену переменной вида .
Пример 21. Найти .
D Полагая t=ex , получаем , и
. Ñ
Пример 22. Найти .
D Воспользуемся подстановкой . Тогда , , .
Следовательно, . Ñ
В ряде случаев нахождение интеграла основывается на использовании методов непосредственного интегрирования и подведения функций под знак дифференциала одновременно (см. пример 12).
Проиллюстрируем этот комбинированный подход к вычислению интеграла, играющего важную роль при интегрировании тригонометрических функций.
Пример 23. Найти .
D Имеем
= . Ñ
Итак, .
Другой подход к вычислению этого интеграла:
.
Пример 24. Найти .
Заметим, что удачный выбор подстановки обычно представляет трудности. Для их преодоления необходимо овладеть техникой дифференцирования и хорошо знать табличные интегралы.
Лекция 3.
Дата добавления: 2020-03-21; просмотров: 1133;