【图文】不定积分的计算方法_百度文库
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不定积分的计算方法
&&同济大学版高等数学重点知识习题之一
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[bù dìng jī fēn]
在中，一个函数f 的，或原函数，或反导数，是一个等于f 的 F ，即F ′ = f。不定积分和定积分间的关系由确定。其中F是f的不定积分。[1]
不定积分解释
根据，许多函数的定积分的计算就可以简便地通过求不定积分来进行。这里要注意不定积分与定积分之间的关系：定积分是一个数，而不定积分是一个表达式，它们仅仅是数学上有一个计算关系。一个函数，可以存在不定积分，而不存在定积分，也可以存在定积分，而没有不定积分。连续函数，一定存在定积分和不定积分；若在有限区间[a,b]上只有有限个间断点且函数有界，则定积分存在；若有跳跃、可去、无穷间断点，则原函数一定不存在，即不定积分一定不存在。[2]
不定积分性质
1、函数的和的不定积分等于各个函数的不定积分的和；即：设函数
的原函数存在，则
2、求不定积分时，被积函数中的因子可以提到积分号外面来。即：设函数
的原函数存在，
非零常数，则
不定积分求解
设F(x)是函数f(x)的一个，我们把函数f(x)的所有原函数F(x)+ C(其中，C为任意常数）叫做函数f(x)的不定积分，又叫做函数f(x)的反导数，记作∫f(x)dx或者∫f（高等微积分中常省去dx），即∫f(x)dx=F(x)+C。
其中∫叫做积分号，f(x)叫做被积函数，x叫做积分变量，f(x)dx叫做被积式，C叫做积分常数或积分常量，求已知函数的不定积分的过程叫做对这个函数进行不定积分。[1]
由定义可知：
求函数f(x)的不定积分，就是要求出f(x)的所有的，由原函数的性质可知，只要求出函数f(x)的一个原函数，再加上任意的常数C就得到函数f(x)的不定积分。
不定积分积分公式
注：以下的C都是指任意积分常数。[1]
，其中a为常数，且a ≠ -1
，其中a & 0 ，且a ≠ 1
全体原函数之间只差任意常数C
证明：如果f(x)在区间I上有原函数，即有一个函数F(x)使对任意x∈I，都有F'(x)=f(x)，那么对任何常数显然也有[F(x)+C]'=f(x).即对任何常数C，函数F(x)+C也是f(x)的原函数。这说明如果f(x)有一个原函数,那么f(x)就有无限多个原函数。
设G(x)是f(x)的另一个原函数,即?x∈I，G'(x)=f(x)。于是[G(x)-F(x)]'=G'(x)-F'(x)=f(x)-f(x)=0。
由于在一个区间上导数恒为零的函数必为常数，所以G(x)-F(x)=C’(C‘为某个常数)。
这表明G(x)与F(x)只差一个常数.因此,当C为任意常数时，表达式F(x)+C就可以表示f(x)的任意一个原函数。也就是说f(x)的全体原函数所组成的集合就是函数族{F(x)+C|-∞&C&+∞}。
由此可知，如果F(x)是f(x)在区间I上的一个原函数，那么F(x)+C就是f(x)的不定积分，即∫f(x)dx=F(x)+C。
因而不定积分∫f(x) dx可以表示f(x)的任意一个原函数。
不定积分积分方法
不定积分积分公式法
直接利用积分公式求出不定积分。[1]
不定积分换元积分法
换元积分法可分为第一类换元法与第二类换元法。[1]
一、第一类换元法（即凑微分法）
通过凑微分，最后依托于某个积分公式。进而求得原不定积分。例如
二、注：第二类换元法的变换式必须可逆，并且
在相应区间上是单调的。
第二类换元法经常用于消去被积函数中的根式。当被积函数是次数很高的二项式的时候，为了避免繁琐的展开式，有时也可以使用第二类换元法求解。常用的换元手段有两种：
1、 根式代换法，
2、 三角代换法。
在实际应用中，代换法最常见的是链式法则，而往往用此代替前面所说的换元。
链式法则是一种最有效的微分方法，自然也是最有效的积分方法，下面介绍链式法则在积分中的应用：
链式法则：
我们在写这个公式时，常常习惯用u来代替g，即：
如果换一种写法，就是让：
这样就可以直接将dx消掉，走了一个捷径。
不定积分分部积分法
设函数和u，v具有连续导数，则d(uv)=udv+vdu。得到udv=d(uv)-vdu[1]
两边积分，得分部
∫udv=uv-∫vdu。 ⑴
称公式⑴为分部积分公式．如果积分∫vdu易于求出，则左端积分式随之得到．
分部积分公式运用成败的关键是恰当地选择u,v
一般来说，u,v 选取的原则是：[2]
1、积分容易者选为v， 2、简单者选为u。
例子：∫Inx dx中应设U=Inx,V=x
的实质是：将所求积分化为两个积分之差，积分容易者先积分。实际上是两次积分。
有理函数分为（即多项式）和（即两个多项式的商），分式分为和假分式，而假分式经过可以转化成一个整式和一个真分式的和．可见问题转化为计算真分式的积分．
可以证明，任何真分式总能分解为之和。
不定积分不可积函数
虽然很多函数都可通过如上的各种手段计算其不定积分，但这并不意味着所有的函数的原函数都可以表示成的有限次复合，原函数不可以表示成初等函数的有限次复合的函数称为不可积函数。利用微分代数中的微分Galois理论可以证明，如
，xx ，sinx/x这样的函数是不可积的。[1]
不定积分积分表
含有三角函数的积分[3]
不定积分示例
华中科技大学数学系．微积分：高等教育出版社，2008
王萍. 不定积分技巧点滴[J]. 上海工程技术大学教育研究, -42.
同济大学数学系．高等数学（第六版上册）．北京：高等教育出版社，2007：362-371
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对不定积分计算方法的思考
　　摘 要： 本文通过分析不定积分计算教与学中的困难，提出老师和学生要注意的问题，并对几种常用方法作了分析。 中国论文网 /9/view-969945.htm　　关键词： 不定积分计算 困难 分析 常用方法 　　 　　不定积分是大学数学关于计算问题的一个重要内容，是定积分、重积分、线面积分计算、微分方程求解的基础。因此，熟练掌握不定积分的计算方法与技巧，对于学好高等数学是十分必要的，然而它的计算却存在着一定的难度。 　　一、不定积分计算的困难及分析 　　不定积分计算的困难首先是由其概念本身带来的，因为从求导的逆运算引进，造成了它的计算是非构造性的一类运算，它与求导相比有着显著的不同，求导有一定的公式可套，但求不定积分并非如此。 　　不定积分计算的困难还在于错误的思考方法，对于学生来说，解题往往通过“猜”的方式，猜原函数，这显然相当的困难；在老师方面，不定积分的教学也是一个难点，老师的任务是理出方法，教会学生如何理解方法，而不是凭感觉。现实存在的问题有两个：一是当在指定让学生用哪种方法解决时，学生可以做到，但如果把方法混在一起，学生往往不知道用哪种方法；二是在当时学生会解决的题目，时间久了，学生就忘记了。原因都在于学生没有真正理解透各种方法的本质特点，面对问题时，不知道怎么根据其特征选择适当的方法。 　　二、不定积分计算的方法思考 　　在介绍积分方法时，老师首先应提醒学生注意被积函数的多样性，而不同类型的被积函数就需要不同的积分方法来解决，对于一个给定的f(x)，要求f(x)dx，这是一个未知的问题，从宏观上说我们要将未知的问题转化为已学知识来讨论。那么就存在两个问题：已知的是什么？怎么转化过去？ 　　课本根据求导与不定积分的关系由基本求导公式给出了积分基本公式，它们可以作为已知的知识，那么不能直接由积分公式解决的问题，就要通过几种转化方法转化到现有的公式上，转化的依据要根据被积函数的结构和转化方法的特点。常用方法有以下几种。 　　1.基本变形。这个方法是由不定积分的性质线性引出的，只要做恒等变形就可以将要求的不定积分转化到基本积分公式中去，它的特点就是多个变单个。 　　2.凑微分法。顾名思义，关键在于一个“凑”字，如果能想到如何“凑”，则题目会迎刃而解，若想不到方法，则会无处入手。因此，归纳并熟记常用的凑微分公式是十分必要的。 　　老师在讲解这个方法的时候可以先通过几个简单的凑微分的例子引出凑微分这个方法，以形象地观察出凑微分法的本质、特点，书上给出的定理是比较抽象的，在对其证明中，可以采取比较通俗的方式，如：要验证f［φ(x)］?φ′（x）dx=f(u)du=F(u)+C=F［φ(x)］+C是否成立，只要验证（F［φ(x)］+C）′=f［φ(x)］?φ′(x)是否成立。 　　如果成立，则证明了该定理，也证明了前几个例子的做法是正确的。再结合例子和定理归纳出凑微分法的特点就是“变元再协同”。 　　有些例题要“凑”多次，老师可以举相关例题让学生充分体会凑微元法的本质特点是变元再协同中的“再”，总的来说凑微元法就是一个“变元再协同”的过程。 　　3.变量代换法。从被积函数中会发现一些难以处理的因式，使用凑微元怎么也协同不了，在讲解这个方法的时候可以先举几个这样的例子，告诉学生思考这个问题的方法，多列几个学生就会知道想办法去掉难以处理的因式，当然是有多种代换方法的。在学生接受了这种思路后再给出定理，证明手段类似凑微元的证明。 　　例1：求. 　　思路一：被积函数中既有x，又含有x，所以我们想办法通过变元都协同到x上，然后再观察，再协同。 　　解一：=== 　　 =d=d 　　 =arctan+C 　　思路二：考虑被积函数中含有根号，想办法去掉根号，使用三角代换很容易将其算出。 　　观察这两种方法的各自特点，第一种思路它比较难想到，但计算起来比较简单，第二种方法它虽然操作起来相对麻烦一些，但指向性非常明确。三角换元法一般是把被积函数中含有的，，，分别用x=asint，x=atant，x=asect做变换去掉根式，没有太多的技巧，但是有些含有这样根式的不定积分不需要采取变量代换的方法，例如xdx，dx，被积函数中含有了比较难处理的因式，而变量代换就是起到一个去掉难处理的因式的作用，但在有些题目中只要用凑微元做就可以了，提醒学生不要犯教条。 　　4.分部积分。其基本公式为udv=uv-vdu，此方法用于求udv不易，而求vdu较易的题目。在运用分部积分法关键是u与dv的选取，掌握此方法的一个关键在于你要对哪个求导，du是一个局部求导，求导之后要方便运算才有意义。 　　例2：求xedx. 　　分析：被积函数是指数函数e与三角函数x的乘积，用分部积分有两种方案：xedx=edx=ex-xdexde，第一种方案是对e局部求导，而我们知道对它求导还是本身，所以解决不了根本问题，所以学生在做题的时候要思考到底对谁局部求导能达到目的，这题中对x局部求导就可以去掉这个因式，所以选择第二种方案。 　　这部分内容的学习要求我们要对各类积分法进行总结比较，分析各类积分方法的特征，达到掌握并熟练运用的目的。 　　 　　参考文献： 　　［1］华东师范大学数学系编.数学分析（上册）［M］.高等教育出版社，1990. 　　［2］仉志余.大学数学应用教程（上册）［M］.北京大学出版社，2006.8. 　　［3］夏磊.不定积分在高职教学中的教学浅析［J］.教育研究与实践，2008，（12）.
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∫sec xdx的不定积分求法,
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方法多了.第一种：∫ secx dx= ∫ secx · (secx + tanx)/(secx + tanx) dx= ∫ (secxtanx + sec²x)/(secx + tanx) dx= ∫ d(secx + tanx)/(secx + tanx)= ln|secx + tanx| + C第二种：∫ secx dx= ∫ 1/cosx dx = ∫ cosx/cos²x dx = ∫ dsinx/(1 - sin²x)= (1/2)∫ [(1 - sinx) + (1 + sinx)]/[(1 - sinx)(1 + sinx)] dsinx= (1/2)∫ [1/(1 + sinx) + 1/(1 - sinx)] dsinx= (1/2)[ln|1 + sinx| - ln|1 - sinx|] + C= (1/2)ln|(1 + sinx)/(1 - sinx)| + C= ln| √(1 + sinx)/√(1 - sinx) | + C= ln| [√(1 + sinx)]²/√[(1 - sinx)(1 + sinx)] | + C= ln| (1 + sinx)/cosx | + C= ln|secx + tanx| + C第三种：∫ secx dx = ∫ 1/cosx dx= ∫ 1/sin(x + π/2) dx,或者化为1/sin(π/2 - x)= ∫ 1/[2sin(x/2 + π/4)cos(x/2 + π/4)] dx,分子分母各除以cos²(x/2 + π/4)= ∫ sec²(x/2 + π/4)/tan(x/2 + π/4) d(x/2)= ∫ 1/tan(x/2 + π/4) d[tan(x/2 + π/4)]= ln|tan(x/2 + π/4)| + C他们的答案形式可以互相转化的.
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∫sec xdx=∫1/cosxdx=∫cosx/cos^2xdx=∫1/(1-sin^2x)dsinx=1/2∫[1/(1-sinx)+1/(1+sinx)]dsinx=1/2ln[(1+sinx)/(1-sinx)]+C
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