这个不定积分该怎么求呀?

摘要:以例题讲思路,简单总结了下积佬的各方法技巧。本文并不属于纯基础讲解,需要有一定的基础知识。文章末尾处新增本文的pdf文档!

练习1.2:计算: .

二、分段函数的不定积分

特征:这类题目的特征很明显,带绝对值的;带取整符号的;max,min函数

仅仅只是一种记法, 不能认为 在 存在原函数.

由于函数满足连续,所以

例2.2:计算不定积分 , 其中 为取整函数

3.1 第一类换元法(凑微分)

技巧大致有:组合积分法添与拆、特殊凑配 、指数锁(阴间凑配)
组合积分法:(1): 解出 ;(2):根据平方差、立方差这类公式构造;

例3.1.2:求不定积分

例3.1.3:求不定积分

解:应用待定系数法,将 改写为

解得 , , . 故得

例3.1.4:求不定积分:

注:这样的凑配并不是个例,需要多留心多观察

注: , , , 同样可凑配

练习3.1.6:求不定积分: .

指数锁:虚调子:锁在于,原本在分子分母均应出现的指数项合并于分母。所以我们不妨称其为指数锁。我们不妨称这类为阴间凑配

例3.1.7:求不定积分: .


例3.1.8:求不定积分:

解:分母有 ,而分子没有。这说明可能有个 被分子分母约掉了。尝试先把分母分母的 提出来,试试求导能不能凑。

进一步可参考虚调子大佬的回答

解: 假设我们已经猜到这个不定积分是有初等原函数的!注意到

有兴趣的读者可以参考虚调子大佬的文章

方法:三角换元/双曲换元、倒代换、欧拉代换、万能代换、双元法

注:一般情况,哪个复杂令哪个为

: 分母 最小公倍数,故令

给出隐函数方程,求不定积分

例3.2.3:设 是由方程 所确定的隐函数, 求积分

解:令 , 代入所给的方程可得 , 则

倒代换:我们并不能局限于令 ,根据具体的题目具体代换. 严谨的做法应讨论下 的正负

练习3.2.7:求不定积分: 计算不定积分 (其中根号 有 重)

欧拉代换 :形如 的不定积分
Euler第一替换:若 ,则令
Euler第二替换:若 ,则令 ,我们有
Euler第三替换:在 有两个实根的情形; 可作替换 . 此时有 ,以及

:(by 予一人)利用 代换,置 则

练习3.2.10:求不定积分:

练习3.2.11:求不定积分:

解答源自:周民强《数学分析习题演练第一册(第二版)》, P347

万能代换:令 , ,则

例3.2.12:求不定积分

双元法:虚调子大佬原创(没看懂,暂时不写)
利用含参变量积分的思路:含参的不定积分

分部积分:反对幂三指。可以先观察考虑被积函数内的某一项或者整体求导出来是什么?积分出来又是什么?哪一项求导/积分更容易?怎么才更容易化为更容易求解的?
含x^n多次循环可以考虑:表格法(计算傅里叶系数可能用到)

解:观察分母 ,联想到 的求导,而 ;而 比较复杂,猜测需要凑或者分部,而

表格法:考试时的实际应用一般最多是求傅里叶系数时用

五、有理式函数的积分技巧

有理式的拆分技巧:(1) 多项式的除法;(2) 直接拆然后比较系数;(3) 留数法
有理式函数的积分技巧:奥斯特罗格拉茨基方法;
比较系数法:直接拆然后比较系数
利用留数的定义拆有理式

例5.1:求的最简分式

例5.2:求不定积分 .

注:进一步可阅读《微积分进阶——讲稿(crop)》楼红卫,P130

例5.3:求不定积分 .

解:奥斯特罗格拉茨基方法

注:进一步可详解参考《微积分教程》菲赫金哥尔茨第二卷,P276

要知道对于绝大多数的不定积分是没有初等表达式的!因此,若不是有兴趣的读者(积佬),可以暂时性放弃。判断某个不定积分是不是有初等表达,通常我们可以借助软件,手机上可以使用Wolfram Alpha,电脑上可以使用Mathematica,Matlab...来判别!而不是借助某些定理,如刘维尔定理,切比雪夫定理。

:绝大多数的不定积分非初等可以用Wolfram Alpha来判别,但一些阴间题有初等原函数mathematica却不能算是因為它沒有完全植入symbolic integration的一些算法。若用其他有內置該算法的CAS,例如Axiom,就可以輕鬆得到原函數。可以Google: Axiom sandbox

其中, 为二重对数函数.

2021年8月25日,更新了本文文档的初稿

[2] 薛春华, 徐森林. 数学分析精选习题全解.上册[M] 数学分析精选习题全解.上册. 清华大学出版社, 2009.

[3] 陈兆斗. 大学生数学竞赛习题精讲[M]. 清华大学出版社, 2011.

[5] 金玉明. 积分的方法与技巧[M]. 中国科学技术大学出版社, 2017.

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