高等数学 · 不定积分

不定积分的换元法

整理第一类换元法、第二类换元法、常用微分公式及三角函数积分公式的推导。

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一、第一类换元法

设 的一个原函数为 ,且 可导。如果

则可以把 看作新的变量,得到

定义第一类换元法Definition

第一类换元法通过代换 ,把含有复合函数及其导数因子的积分化为关于 的积分。实际计算时,关键是识别被积表达式中的 。这种方法也称为凑微分法。

Important计算提示

换元后要把积分中的所有 都改写成新变量 ,最后再代回 ,并补上任意常数 。

二、常用微分公式

下面的微分关系可以直接作为积分公式使用。涉及 、 或反三角函数时,应同时注意定义域条件。

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三、三角函数积分公式的推导

1. 正切函数

2. 余切函数

3. 正割函数

4. 余割函数

Important公式使用

上面的四个积分结果都可以直接作为公式使用;使用对数公式时要保留绝对值,并根据被积函数的定义域理解结果。

四、第二类换元法

有些被积函数不容易直接写成第一类换元法的形式。这时可以令原变量 表示成新变量 的函数:

若 单调、可导,且 ,并且 存在原函数,则有第二类换元公式

其中 是 的反函数。第二类换元法的核心,是先用 把难积分化为关于 的易积分,完成积分后再代回 。

五、含根式时的代换

当被积函数含有

其中 为正整数, 为常数且 ,可令

两边同时取 次方并整理,得到

代换后,根式被 的幂取代,通常可以把积分化成有理式或幂函数的积分。

方法根式代换步骤Method
  1. 令 。
  2. 由 解出 ,并求出 。
  3. 将积分中的 、 和根式全部改写成 的表达式。
  4. 对 积分后,再代回 。
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