Что означает dx в интеграле

Что означает dx в интеграле

Здравствуйте, дорогие студенты вуза Аргемоны!

Мы с вами закончили подкурс, посвящённый непосредственно функциям, а теперь переходим к интегралам. И оставшиеся два модуля будут посвящены именно им.
Для начала нам, конечно, необходимо будет ознакомиться с самим заклинанием "Интеграл". Постараюсь вам рассказать про него как можно проще. Мы не будем вдаваться глубоко в механизм действия этого заклинания. Нам достаточно научиться им пользоваться в не самых сложных случаях.

Это заклинание по действию обратно заклинанию "производная", однако есть небольшие ньюансы. При действии заклинания "интеграл" получается не одна функция, а целое семейство (они ещё называются первообразными), которые отличаются друг от друга лишь наличием константы, обеспечивающей параллельный перенос функции по вертикали.

Если мы применим ко всему семейству таких функций F(x)+C (где C=const) заклинание "производная", то результатом будет функция f(x), потому что производная от константы равна 0 (C’=0).

Давайте рассмотрим более пристально заклинание "интеграл". Оно состоит из трёх частей:
— значка интеграла (∫),
— подынтегральной функции (f(x))
— и так называемого дифференциала dx, который нам будет очень хорошо помогать при выполнении заклинания.

Действие дифференциала чем-то похоже на действие заклинание "производная", потому что

Ну и, соответственно, чтобы занести какую-то функцию под дифференциал, надо вычислить её первоообразную

g(x)*dx=d(G(x)), где G(x) — одна из первоообразных функции g(x).

Понятно, что dx=d(x+2)=d(x-7), то есть добавлять константу в качестве слагаемого под дифференциал (если это нужно) можно безболезненно.

d(k*f(x))=k*d(f(x)), где k=const, то есть из-под дифференциала можно выносить множитель-константу. Или заносить, если это надо.

Не пугайтесь, если на данный момент вы смутно поняли объяснение. Дальше мы разберём всё подробнее, а пока представляю вам табличку интегралов основных элементарных функций (ТИОЭФ)

и основные правила вычисления интегралов (ОПВИ)

А теперь давайте на примерах изучим, как пользоваться этим заклинанием.

Видно, что интеграл подходит под формулу 6 ТИОЭФ, но, к сожалению, степень 2 и то, что под дифференциалом, не совпадает, а совпадать должно в обязательном порядке. Только тогда заклинание придёт в действие. Значит, нам сейчас надо сделать некие преобразования, чтобы достичь такого равновесия.

1-й способ. Пригоден для более опытных в таких преобразованиях магов.
Ставим под дифференциал 3х-1, но чтобы уравновесить всю конструкцию, нам надо всё поделить на 3

Если мы выполним заклинание "дифференциал", то получим наше исходное выражение

Значит, преобразование сделано верно.

Если не видно сразу, на что надо поделить или умножить, то просто делаем замену переменных. Вместо х введём другую переменную

Подставляем всё, применяем 1-е правило ОПВИ и получаем табличный интеграл. Вычислив его, необходимо сделать обратную замену

Замену полезно делать, чтобы избавиться от сложных выражений. Например, вот тут

В 7-ю степень возводить очень хлопотливо (чтобы всё привести к многочлену), поэтому делаем вот такую замену

Таким образом, степень 7 оказалась около простой переменной.

Очень интересный метод интегрирования по частям. И применяется часто. Он основан на формуле-заклинании

Видно, что под дифференциалом находится не х, как это бывает изначально, а какая-то функция (хотя в некоторых случаях и х может выступать в качестве функции). То есть мы часть подынтегральной функции забираем под дифференциал, а часть оставляем. В результате применения заклинания интегрирования по частям выражение под интегралом значительно упрощается.
Для примера рассмотрим вот такой интеграл

Читайте также:  Arduino округление до целого

Видим, что e^x*dx=d(e^x). Поэтому загоняем функцию e^x под дифференциал и применяем заклинание интегрирования по частям. Степень икса понижается. То же самое делаем ещё раз, пока степень икса не понизится до 1

Применяется этот метод и когда есть не e^x, а какая-либо тригонометрическая функция совместно со степенным выражением.

Иногда в результате применения такого заклинания мы возвращаемся вроде как к началу, но с некоторым довеском. Например,

При работе с тригонометрическими функциями полезно применять небольшие заклинания, позволяющие понизить степень:

А также не забывать об основном тригонометрическом тождестве, которое позволяет при необходимости выразить одну функцию через другую

Ну, думаю, нам этих сведений вполне хватит для того, чтобы применять заклинание "интеграл" к несложным функциям.

А теперь домашнее задание.
Выберите, на свой вкус, 10 функций из предложенных и примените к ним заклинание "интеграл".

Отправляйте работы через ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ
Свои вопросы смело можете передать с Персефоной

Решение интегралов – задача легкая, но только для избранных. Эта статья для тех, кто хочет научиться понимать интегралы, но не знает о них ничего или почти ничего. Интеграл. Зачем он нужен? Как его вычислять? Что такое определенный и неопределенный интегралы?

Если единственное известное вам применение интеграла – доставать крючком в форме значка интеграла что-то полезное из труднодоступных мест, тогда добро пожаловать! Узнайте, как решать простейшие и другие интегралы и почему без этого никак нельзя обойтись в математике.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Изучаем понятие « интеграл »

Интегрирование было известно еще в Древнем Египте. Конечно, не в современном виде, но все же. С тех пор математики написали очень много книг по этой теме. Особенно отличились Ньютон и Лейбниц, но суть вещей не изменилась.

Как понять интегралы с нуля? Никак! Для понимания этой темы все равно понадобятся базовые знания основ математического анализа. Сведения о пределах и производных, необходимые и для понимания интегралов, уже есть у нас в блоге.

Неопределенный интеграл

Пусть у нас есть какая-то функция f(x).

Неопределенным интегралом функции f(x) называется такая функция F(x), производная которой равна функции f(x).

Другими словами интеграл – это производная наоборот или первообразная. Кстати, о том, как вычислять производные, читайте в нашей статье.

Первообразная существует для всех непрерывных функций. Также к первообразной часто прибавляют знак константы, так как производные функций, различающихся на константу, совпадают. Процесс нахождения интеграла называется интегрированием.

Простой пример:

Чтобы постоянно не высчитывать первообразные элементарных функций, их удобно свести в таблицу и пользоваться уже готовыми значениями.

Полная таблица интегралов для студентов

Определенный интеграл

Имея дело с понятием интеграла, мы имеем дело с бесконечно малыми величинами. Интеграл поможет вычислить площадь фигуры, массу неоднородного тела, пройденный при неравномерном движении путь и многое другое. Следует помнить, что интеграл – это сумма бесконечно большого количества бесконечно малых слагаемых.

Читайте также:  Gpt том как изменить

В качестве примера представим себе график какой-нибудь функции.

Как найти площадь фигуры, ограниченной графиком функции? С помощью интеграла! Разобьем криволинейную трапецию, ограниченную осями координат и графиком функции, на бесконечно малые отрезки. Таким образом фигура окажется разделена на тонкие столбики. Сумма площадей столбиков и будет составлять площадь трапеции. Но помните, что такое вычисление даст примерный результат. Однако чем меньше и уже будут отрезки, тем точнее будет вычисление. Если мы уменьшим их до такой степени, что длина будет стремиться к нулю, то сумма площадей отрезков будет стремиться к площади фигуры. Это и есть определенный интеграл, который записывается так:


Точки а и b называются пределами интегрирования.

Бари Алибасов и группа

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Правила вычисления интегралов для чайников

Свойства неопределенного интеграла

Как решить неопределенный интеграл? Здесь мы рассмотрим свойства неопределенного интеграла, которые пригодятся при решении примеров.

  • Производная от интеграла равна подынтегральной функции:

  • Константу можно выносить из-под знака интеграла:

  • Интеграл от суммы равен сумме интегралов. Верно также для разности:

Свойства определенного интеграла

  • Линейность:

  • Знак интеграла изменяется, если поменять местами пределы интегрирования:

  • При любых точках a, b и с:

Как считать определенный интеграл? С помощью формулы Ньютона-Лейбница.

Мы уже выяснили, что определенный интеграл – это предел суммы. Но как получить конкретное значение при решении примера? Для этого существует формула Ньютона-Лейбница:

Примеры решения интегралов

Ниже рассмотрим неопределенный интеграл и примеры с решением. Предлагаем самостоятельно разобраться в тонкостях решения, а если что-то непонятно, задавайте вопросы в комментариях.

Для закрепления материала посмотрите видео о том, как решаются интегралы на практике. Не отчаиваетесь, если интеграл не дается сразу. Обратитесь в профессиональный сервис для студентов, и любой тройной или криволинейный интеграл по замкнутой поверхности станет вам по силам.

Определение интеграла, определенный и неопределенный интеграл, таблица интегралов, формула Ньютона-Лейбница, интегрирование по частям, примеры вычисления интегралов.

Неопределенный интеграл

Функция F(x), дифференцируемая в данном промежутке X, называется первообразной для функции f(x), или интегралом от f(x), если для всякого x ∈X справедливо равенство:

Нахождение всех первообразных для данной функции называется ее интегрированием. Неопределенным интегралом функции f(x) на данном промежутке Х называется множество всех первообразных функций для функции f(x); обозначение —

Если F(x) — какая-нибудь первобразная для функции f(x), то ∫ f(x)dx = F(x) + C, (8.2)

где С- произвольная постоянная.

Таблица интегралов

Непосредственно из определения получаем основные свойства неопределенного интеграла и список табличных интегралов:

3) ∫af(x)dx=a∫f(x)dx (a=const)

Список табличных интегралов

1. ∫x m dx = x m+1 /(m + 1) +C; (m ≠ -1)

2. = lnx +C

3.∫a x dx = a x /ln a + C (a>0, a ≠1)

4.∫e x dx = e x + C

5.∫sin x dx = cosx + C

6.∫cos x dx = — sin x + C

7. = arctg x + C

8. = arcsin x + C

9. = tg x + C

10. = — ctg x + C

Замена переменной

Для интегрирования многих функций применяют метод замены переменной или подстановки, позволяющий приводить интегралы к табличной форме.

Читайте также:  Sony vaio режим восстановления

Если функция f(z) непрерывна на [α,β], функция z =g(x) имеет на [a,b] непрерывную производную и α ≤ g(x ) ≤ β, то

∫ f(g(x)) g ‘ (x) dx = ∫f(z)dz, (8.3)

причем после интегрирования в правой части следует сделать подстановку z=g(x).

Для доказательства достаточно записать исходный интеграл в виде:

∫ f(g(x)) g ‘ (x) dx = ∫ f(g(x)) dg(x).

1)

2) .

Метод интегрирования по частям

Пусть u = f(x) и v = g(x) — функции, имеющие непрерывные производные. Тогда, по правилу дифференцирования произведения,

d(uv))= udv + vdu или udv = d(uv) — vdu.

Для выражения d(uv) первообразной, очевидно, будет uv, поэтому имеет место формула:

∫ udv = uv — ∫ vdu (8.4.)

Эта формула выражает правило интегрирования по частям. Оно приводит интегрирование выражения udv=uv’dx к интегрированию выражения vdu=vu’dx.

Пусть, например, требуется найти ∫xcosx dx. Положим u = x, dv = cosxdx, так что du=dx, v=sinx. Тогда

∫xcosxdx = ∫x d(sin x) = x sin x — ∫sin x dx = x sin x + cosx + C.

Правило интегрирования по частям имеет более ограниченную область применения, чем замена переменной. Но есть целые классы интегралов, например,

∫x k ln m xdx, ∫x k sinbxdx, ∫ x k cosbxdx, ∫x k e ax и другие, которые вычисляются именно с помощью интегрирования по частям.

Определенный интеграл

Понятие определенного интеграла вводится следующим образом. Пусть на отрезке [a,b] определена функция f(x). Разобьем отрезок [ a,b] на n частей точками a= x 2 +1), v=x, откуда ∫arctgxdx = xarctgx — ∫ xdx/(x 2 +1) = xarctgx + 1/2 ln(x 2 +1) +C; так как
∫xdx/(x 2 +1) = 1/2 ∫d(x 2 +1)/(x 2 +1) = 1/2 ln(x 2 +1) +C.

Пример3.35. Вычислить ∫lnxdx.

Решение. Применяя формулу интегрирования по частям, получим:
u=lnx, dv=dx, du=1/x dx, v=x. Тогда ∫lnxdx = xlnx — ∫x 1/x dx =
= xlnx — ∫dx + C= xlnx — x + C.

Пример3.36. Вычислить ∫e x sinxdx.

Решение. Обозначим u = e x , dv = sinxdx, тогда du = e x dx, v =∫sinxdx= — cosx → ∫ e x sinxdx = — e x cosx + ∫ e x cosxdx. Интеграл ∫e x cosxdx также интегрируем по частям: u = e x , dv = cosxdx, du=e x dx, v=sinx. Имеем:
∫ e x cosxdx = e x sinx — ∫ e x sinxdx. Получили соотношение ∫e x sinxdx = — e x cosx + e x sinx — ∫ e x sinxdx, откуда 2∫e x sinx dx = — e x cosx + e x sinx + С.

Пример 3.37. Вычислить J = ∫cos(lnx)dx/x.

Решение.Так как dx/x = dlnx, то J= ∫cos(lnx)d(lnx). Заменяя lnx через t, приходим к табличному интегралу J = ∫ costdt = sint + C = sin(lnx) + C.

Пример 3.38. Вычислить J = .

Решение. Учитывая, что = d(lnx), производим подстановку lnx = t. Тогда J = .

Пример 3.39. Вычислить интеграл J = .

Решение. Имеем: . Поэтому =

=.

Пример 3.40. Можно ли применить формулу Ньютона-Лейбница к интегралу ?

Решение. Нет, нельзя. Если формально вычислять этот интеграл по формуле Ньютона-Лейбница, то получим неверный результат. Действительно, = .

Но подынтегральная функция f(x) = > 0 и, следовательно, интеграл не может равняться отрицательному числу. Суть дела заключается в том, что подынтегральная функция f(x) = имеет бесконечный разрыв в точке x = 4, принадлежащей промежутку интегрирования. Следовательно, здесь формула Ньютона-Лейбница неприменима.

Пример 3.41. Вычислить интеграл .

Решение. Подынтегральная функция определена и непрерывна при всех значениях х и, следовательно, имеет первообразную F(x)= .

По определению имеем: = .

По формуле Ньютона-Лейбница,

= F(b) — F(0) = + = ;

= = .

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector