不定积分和微分5546.pdf
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1、不定积分和微分 一、公式)()(xfdxxfdxd和cxfdxxfdxddxxf)()()(/的应用 注意:)(xf的不定积分为 cxF)()(xF是)(xf的原函数)(xf是)(xF的导数,即 cxFdxxf)()(或)()(/xfxF 1、已知不定积分的值,求被积函数或被积函数中的一部分,利用两边求导处理 已知cxFdxxf)()(,求)(xf 方法:求导得)()(/xFxf,令tx)(,则)(1tx,即)()(1/xFxf 例 1(1)cxdxxf2)(,求dxxxf)1(2 解:对cxdxxf2)(求导得xxf2)(,2222)1(xxf 则cxxdxxxdxxxf32)22()1(2
2、222(2)cxdxxxfarcsin)(,求)(xfdx 解:对cxdxxxfarcsin)(两边求导得211)(xxxf,即211)(xxxf cxxdxdxxxxfdx232222)1(31)1(1211)(2、已知导数值,求原函数,利用两边积分的方法处理 已知)()(/xfxF,求)(xF 方法:令tx)(,则)(1tx,即)()(/tftF,故dttfxF)()(/例 2(1)xxf22/tan)(sin,求)(xf 解:令tx 2sin,则tt1cos2,ttxxx1cossintan222 即tttf1)(/两边积分的cttdttttf|1|ln1)((2)已知 1)()(/xf
3、xxf,求)(xf 解:令tx,则上式为 1)()(/tfttf,即 1)()(/xfxxf 由上面两式得12)(2/xxxf 两边积分得cxdxxxxf)1ln(12)(22(3)设)(uf在u内可导,且0)0(f,又 1101)(ln/xxxxf,求)(uf 解:令tx ln得tex,则 1101)(/ttteeetf 即001)(2/tettft 当0t时,1)(/tf,两边积分得1)(ctdttf 当0t时,2/)(tetf,两边积分得2222)(cedtetftt 又因为设)(tf在u内可导,所以)(tf在u内连续 而222002)2(lim)(limccetfttt,1100)(l
4、im)(limccttftt 因为)(tf在0t处连续,则0212cc,即2,021cc 故0220)(2tetttft(4)设)(xfy 在x处的改变量为)(1xoxxyy(0 x),1)0(y,求)1(/y 解:由)(1xoxxyy 知 xyy1/即xdxydy1 两边积分得xdxydy1 得 cxy)1ln(ln 而1)0(y 故 0c,即xy1 故1)1(/y(5)设0sin)(dtttxf,求0)(dxxf 解:dxxxxdxxxdxxxfxxfdxxf000/00sinsin)(|)()(02sin xdx 二、已知)(xF是)(xf的原函数cxFdxxfxfxF)()()()(/
5、,求被积函数中含有)(xf的积分 1、由)()(/xFxf求出)(xf,代入积分计算 2、把积分转化为)()(xdxf的形式,利用cxFdxxf)()(求值 例 3(1)xxsin是)(xf的原函数,0a,求dxaaxf)(解:因为xxsin是)(xf的原函数,所以cxxdxxfsin)(而cxaaxctatdttfadxaaxftax322sinsin)(1)((2)xe是)(xf的原函数,求dxxfx)(ln2 解:因为xxeexf/)()(,所以xxf1)(ln 则cxxdxdxxfx2)(ln22 三、已知)(xf的表达式,求被积函数中含有)(xf的积分 1、由)(xf求)(xf,再把
6、)(xf的表达式代入积分计算 2、由)(xf先求dxxf)(,把含有)(xf的积分转化为)()(xdxf的形式处理 例 4(1)xxxfsin)(sin2,求dxxfxx)(1 解:在dxxfxx)(1中,令tx2sin得 dttfttdtfttdxxfxx)(sinsin2)(sin)(sinsin1sin)(1222222 cttttdtttttdtdttsin2cos2cos2cos2)(cos2sin2 因为xtxtxtarcsin,1cos,sin 所以cxxxdxxfxx2arcsin12)(1(2)2ln)1(222xxxf,且xxfln)(求dxx)(解:令tx12,则11ln
7、)(tttf,而xxfln)(则xxxln1)(1)(ln 即11)(xxx cxxdxxxdxx|1|ln211)((3))()(/2xfex,)(/xf连续,求dxxxf)(/解:因为)()(/2xfex,所以22)(xxexf,cedxxfx2)(ceexdxxfxxfxfxddxxxfxx222/2)()()()((4)xxexf)(,求xdxxfln)(/解:dxxxfxxfxfxdxdxxf)(ln)()(lnln)(/cexxedxexxexxxxlnln(5)xxfcos)(ln,求dxxfxxf)()(/解:dxxfxfxxfxddxxfxxf)(ln)(ln)(ln)()(
8、/cxxxxdxxxsincoscoscos(6)设dtttxfx21sin)(,求10)(dxxxf 解:因为dtttxfx21sin)(,所以xxxxxxf222/sin22sin)(10210/210210210sin)(21|2)()(21)(dxxxdxxfxxfxdxxfdxxxf 2121cos|cos21sin211021022xdxx 四、利用凑微分法求积分 注意:)()()()()(/xgfdxgdxgfdxxgxgf 例 5(1)1)0(f,3)2(f,5)2(/f,求10/)2(dxxxf 解:20/20/20/20/210/)(41|4)()(41)(41)2(dtt
9、fttftftddtttfdxxxftx令 24)0()2(2)2(/fff(2)设)(xf二阶可导,abf)(/,baf)(/,求badxxfxf)()(/解:2|2)()()()()(222/baxfxfdxfdxxfxfbababa(3)设5sin)()(0/xdxxfxf,2)(f,求)0(f 解:00/0/cos)()(sinsin)(xdxxfxfxdxdxxf 00sin)()()0()(cosxdxxfffxfxd 因为5sin)()(0/xdxxfxf,所以 5)()0(ff而2)(f,故7)0(f 五、已知)()(/xfxF,且)()()(xgxFxf,求)(xf 方法:两
10、边积分dxxgdxxFxF)()()(/,得dxxgxF)(2)(2,求)(xf 例 6(1))(xF是)(xf的原函数,且0 x时,有xxFxf2sin)()(2,又1)0(F,0)(xF,求)(xf 解:因为)(xF是)(xf的原函数,所以)()(/xfxF,由于 xxFxf2sin)()(2 故xxFxF2sin)()(2/,两边积分得 12/84sin24cos21212sin)()(cxxxdxdxxdxdxxFxF 而 22/2)()()()()(cxFxFdxFdxxFxF 故cxxxF44sin)(2,又1)0(F得1c 而0)(xF,所以144sin)(xxxF 44sin4
11、4cos1)(xxxxf(2))(xf连续,且当1x时,20)1(2 1)()(xxedttfxfxx,求)(xf 解:令dttfxgx0)()(,)()(/xfxg,由于20)1(2 1)()(xxedttfxfxx 则 2/)1(2 1)()(xxexgxgx 两边积分得 dxxxedxxgxgx2/)1(2 1)()(即 dxxedxxedxxxexgdxgxxx22)1(21121)1(2 1)(1)(故 cxexgx1 1)(2 因为 dttfxgx0)()(令0 x得0)0(g,代入上式0c 故11)(xexgx,23/)1(2)(xexxfx(3)已知)(xf为非负连续函数,且0
12、 x时,30)()(xdttxfxfx,求)(xf 提示:因为xxduufxfdttxfxf0ut-x0)()()()(令,令xduufxg0)()(处理 六、变上限积分的导数运算 注意:(1)如,)()(baxdttfxFbx,则xbdttfxF)()(,则)()(/xfxF(2)如)()()(xadttfxF,则由复合函数的求导法则有 )()()()()()(/xxfxufdxduuFdxdxF(3)如)()()()(xxdttfxF,可得成)()()()()(xccxdttfdttfxF,则)()()()()(/xxfxxfxF 例 7(1)已知)(xf满足xdttftxxf02)(1)
13、(,求)(xf 解:两边求导得)()()(2/xfxxxfxf 即dxxxxfxfd)1()()(两边积分得cxxxfln2)(ln2,所以xCexfx22)((2)求一个不恒等于零的连续函数)(xf,使它满足xdttttfxf02cos2sin)()(解:两边求导得xxxfxfxfcos2sin)()()(2/即 0)cos2sin)(2()(/xxxfxf 因为)(xf是不恒等于零的连续函数,故xxxfcos24sin)(/两边积分得cxdxxxxf)cos2ln(21cos2sin21)(在xdttttfxf02cos2sin)()(中令0 x,得0)0(f代入上式有3ln21c 故3l
14、n21)cos2ln(21)(xxf 注意:(1)上题要充分利用已知条件确定初始条件0)0(f(2)定积分或变上限积分的被积函数有参变量时,必须通过换元,使被积函数不含参变量,然后再求导 例 8(1)已知)(xf连续,xxdttxtf02arctan21)2(,1)1(f求21)(dxxf 解:令utx2,则 xxxxxxxduuufduufxduufuxdttxtf2202)()(2)()2()2(即 222arctan21)()(2xduuufduufxxxxx 两边求导得 421)()(2xxxxfduufxx 因为1)1(f,上式中令1x得21)1()(221fduuf 则 43)(2
15、1dxxf(2)求可导数)(xf,使它满足10sin)()(xxxfdttxf 解:令utx,则duufxdttxfx010)(1)(因为10sin)()(xxxfdttxf,所以xxxxfduufxsin)()(20 两边求导得xxxxfcossin2)(/两边积分得cxxxxdxxxdxxfsincoscossin2)((3)由方程1sine220y0tdtttdtx(0 x)确定y是x的函数,求dxdy 解:对x求导得0sin22/2xyey,故22sin2yexdxdy(4))(xyy 是由012dtexxyt确定的函数,求0/xy 解:对x求导得0)1(1/)(2yexy故12)(/
16、xyey 在012dtexxyt中令0 x时,有012dteyt,即1y 故1/0/eyx 注意:此题确定y的方法(5)设)(xf为已知可导奇函数,)(xg为)(xf的反函数,则)()(xfxxdtxtxgdxd 解:令uxt,则duugxdtxtxgxfxfxx)(0)()()(所以)(0/)()()()()(xfxfxxxfgxxfduugdtxtxgdxd 令)(0)()(xfduugxh,则)()()()(/xxfxfgxfxh 两边积分得dxxfxxfdxxxfxh)()()()(/故dxxfxfxxxfdtxtxgdxdxfxx)()()()(/2)((6)设函数)(xf可导,且0
17、)0(f,xnnndttxftxg01)()(,求nxxxg20)(lim 解:令utxnn,则nxxnnnduufndttxftxg001)(1)()(由于)()(1/nnxfxxg 故nfxfxfnxxfnnxxgxxgnnxnnxnxnx2)0(0)0()(lim21)(lim212)(lim)(lim/0012/020 七、求分段函数的不定积分 先分别求分段函数)(xf的各分段在相应区间的原函数)(xF,然后考虑函数)(xF在分段点处的连续性。如果)(xf在分段点0 x处连续,则)(xF在0 xx 处连续 例 9(1)1211)(xxxxxf,求dxxf)(解:当1x时,122)1()
18、(cxxdxxdxxf 当1x时,222)(cxxdxdxxf 因为dxxf)(在1x处连续,故12231cc,即ccc212112 所以12112)(22xcxxcxxdxxf(2)dxx),1max(2 解:11111),1max(222xxxxxx 当11x时,12),1max(cxdxdxx 当1x时,23223),1max(cxdxxdxx 当1x时,33223),1max(cxdxxdxx 求满足1)1(F的原函数 由于)(lim)1(11xFFx,即213111cc 得01c,322c 又由于)(lim)1(1xFFx,即3311c 得323c 1323132311),1max(
19、332xcxxcxxcxdxx(3)dxx(0 x)解:分别求出在区间 1,nn(3,2,1,0n)上满足0)0(F的原函数 在 1,nn上,ncnxdxx,nnFnF)()1(在,1xn 上,1)1(ncxndxx,)1)(1()1()(nxnnFxF 故cnxncnxnndxx)12)(1()1)(1(3210 八、分段函数的变上限积分 例 10(1)xcxxxf220cos)(,求xdttfx0)()(,并讨论)(x在,0的连续性 解:当20 x时,xxxtdtdttfx00sincos)()(当 x2时,2020)2(1cos)()(xccdttdtdttfxx)(x在,2(,)2,0
20、上连续,在2x处,1)2(1 lim)(lim22xcxxx,1sinlim)(lim22xxxx 故)(x在2x处连续(2)2220cos)(xxxxxf,求xdttxtf0)(解:令utx,则xxxduuufduufxdttxtf000)()()(当20 x时,xxxududuuf00sincos)(1cossincos)(00 xxxduuuduuufxx 此时xdttxtfxcos1)(0 当2x时,xxxxduuududuuf0202221822)2(cos)(xxxxuduuuduuduuuf0203232124843)2(cos)(此时1248)18(46)(32230 xxxd
21、ttxtfx 九、积分估值 估计积分badxxf)(的值 方法:(1)令)(xfy,,bax(2)求)(/xfy,确定0)(/xf和)(/xf不存在的点(3)在,ba上确定)(xfy 的最值(4)利用baabMdxxfabm)()()(估计积分值 例 11 估计积分值202dxexx 解:设函数xxexfy2)(,其中2,0 x xxexy2)12(/令0/y,得21x 因为1)0(f,41)21(ef,2)2(ef,故241eye 所以 22041222edxeexx 十、形如badxxfxhxgxf)()()()(的等式,求)(xf和badxxf)(方法:(1)令Adxxfba)((2)两
22、端积分bababadxxAhdxxgAdxxf)()()(得babadxxhAdxxgA)()(,求A的值(3)把A的值代入原式求)(xf 例 12 设203102)()()(dxxfxdxxfxxxf,求)(xf 解:令adxxf10)(,bdxxf20)(则 32)(bxaxxxf 两边积分1032104321)()(badxbxaxxdxxf 即 638 ba 两边积分2032204382)()(badxbxaxxdxxf 即 638 ba 故83a,1b,即3283)(xxxxf 十一、已知函数)(xf在,ba上的形式,求)(xf 方法:(1)求)(/xf(2)对)(/xf两边积分得c
23、xFxf)()((3)取,bad,由已知条件求)(df的值确定c 例 13(1)设20 x,求xdttxf2sin0arcsin)(+dttx2cos0arccos 解:两边求导得02sin2sin)(/xxxxxf,所以cxf)((c为常数)又因为当0 x时,1010341arccos)(dtttdttxf 所以 34)(xf(2)设0 x,xdttxf0211)(+dttx10211,求)(xf 解:两边求导得0111111)(222/xxxxf,所以cxf)((c为常数)又因为当1x时,2112)(102dttxf 所以 2)(xf 十二、例 14 已知111)(432dxyydxydx
24、yydxdx,求()xf y.解:因为111)(432dxyydxydxyydxdx 所以dxyydxydxyydxdx432111 两边对x求导得24432)11(111dxyyyyyyy 故2424)11()11(yydxyy 即441111yydxyy或441111yydxyy 当441111yydxyy时,令411)(yyxu,则)()(/xuxu,此时两边积分得 xCexu)(而 411)(yyxu 所以411yyCex)1(132yyyCex,即cyyyx)1ln(32 同理(略)十三、计算 1、如果badxxfI)(1,令tx1得badxxfI)(2 则 AdxxfxfIba)(
25、)(221 得2AI 例 1502)1)(1(1dxxxIp 解:令tx1,即dttdx21 则 dttttdxxxIpp)1()11)(11(1)1)(1(120202 dttttpp02)1)(1(所以 21)1)(1()1)(1(12020202xdxdxxxxdxxxIppp 即 4I 2、形如20tan1xdx的积分,令xy2,然后相加处理 例 16dxxxx20200520052005sincoscos 解:令xt2,则dtdx 202005200520050220052005200520200520052005sincossin)2(sin)2(cos)2(cossincosco
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