Máme rozlišovací pravidlo. Existuje v integraci podobné pravidlo?

Nejlepší odpověď

Ano! Existuje metoda, která přesně odpovídá pravidlu řetězového pravidla, nazývám ji „metodou absorpce“.

Předchozí znalosti:

d \ left (f \ left (x \ right) \ right) = f „\ left (x \ right) \, dx

Tady je trik:

\ displaystyle \ quad \ int {f“ \ left (g \ left (x \ right) \ right) g „\ left (x \ right) \, dx}

= \ displaystyle \ int {f“ \ left (g \ left (x \ right) ) \ right) \, d \ left (g \ left (x \ right) \ right)}

= \ displaystyle \ int {d \ left (f \ left (g \ left (x \ right) ) \ right) \ right)}

= \ displaystyle f \ left (g \ left (x \ right) \ right) + C

Odpověď můžeme vždy zkontrolovat provedením takže:

\ displaystyle \ frac {d \ left (f \ left (g \ left (x \ right) \ right) \ right)} {dx} = f „\ left (g \ left ( x \ right) \ right) g „\ left (x \ right)

Tato technika je velmi při řešení integrálů velmi účinná.

První příklad: \ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} \, dx}

Můžeme to vyhodnotit takto:

\ quad \ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} \, dx}

= \ displaystyle \ int {e ^ {x ^ 2} \ vlevo (2x \, dx \ vpravo)}

= \ displaystyle \ int {e ^ {x ^ 2} \ , d \ left (x ^ 2 \ right)}

Tady je dvojice „pohlcena“ dx, pak se dx stává d \ left (x ^ 2 \ right).

Můžeme dále „absorbovat“ e ^ {x ^ 2} do d \ left (x ^ 2 \ right) a celá rovnice se stane: \ displaystyle \ int {d \ left (e ^ {x ^ 2} \ vpravo)}

Odstraňte \ int, d a závorky a nakonec přidejte C vzadu, pak se zobrazí odpověď!

tj \ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} dx} = e ^ {x ^ 2} + C.

Druhý příklad: \ displaystyle \ int {\ tan x \, dx}

Víme, že \ tan x = \ frac {\ sin x} {\ cos x}, takže celý integrál se stává \ displaystyle \ int {\ frac {\ sin x} {\ cos x} \, dx }.

Nyní můžeme „absorbovat“ \ sin x, takže dx se stane d \ left (- \ cos x \ right).

Pak se celá rovnice stane \ displaystyle \ int {\ frac {d \ left (- \ cos x \ right)} {\ cos x}}.

Vezměte záporné znaménko (-) před \ int a stane se \ displaystyle – \ int {\ frac {d \ left (\ cos x \ right)} {\ cos x}}.

Dále „absorbujeme“ \ frac 1 {\ cos x} do d \ left (\ cos x \ right) takový, že

\ displaystyle- \ int {\ frac {d \ left (\ cos x \ right)} {\ cos x}} = – \ int {d \ left (\ ln | \ cos x | \ right)}.

Proto je konečná odpověď – \ ln | \ cos x | + C nebo \ ln | \ sec x | + C. Je to stejný princip pro \ cot x.

Třetí příklad: \ displaystyle \ int {\ sec x \, dx}

Násobíme \ sec x s \ frac {\ sec x + \ tan x} {\ tan x + \ sec x} takové, že \ displaystyle \ int {\ sec x \, dx} = \ displaystyle \ int {\ frac {\ sec ^ 2x + \ sec x \ tan x} {\ tan x + \ sec x} \, dx}.

Nyní můžeme „absorbovat“ \ sec ^ 2x + \ sec x \ tan x, takže dx se stane d \ left (\ tan x + \ sec x \ right ).

Pak se celá rovnice změní na \ displaystyle \ int {\ frac {d \ left (\ tan x + \ sec x \ right)} {\ tan x + \ sec x}}.

Dále „absorbujeme“ \ frac 1 {\ tan x + \ sec x} do d \ left (\ tan x + \ sec x \ right) tak, že

\ displaystyle \ int {\ frac {d \ left (\ tan x + \ sec x \ right)} {\ tan x + \ sec x}} = \ int {d \ left (\ ln | \ tan x + \ sec x | \ right)}.

Proto je konečná odpověď \ ln | \ tan x + \ sec x | + C. Je to stejný princip pro \ csc x.

Poslední příklad: \ displaystyle \ int {\ frac {dx} {x + 5}}

Protože 5 je konstanta, může jej „vytvořit“ ze vzduchu.

Proto,

\ displaystyle \ int {\ frac {dx} {x + 5}} = \ int \ frac {d \ left (x + 5 \ right)} {x + 5}.

Potom integrujte funkci jako obvykle.

Konečná odpověď: \ ln | x + 5 | + C .

Tato metoda je mnohem jednodušší a srozumitelnější.

Odpověď

Stejně jako existuje pravidlo řetězení diferenciace,

\ displaystyle \ dfrac {d} {dx} f (g (x)) = g „(x) f“ (g (x))

Existuje „pravidlo inverzního řetězce“ pro integrace.

Jinými slovy, pokud byste chtěli integrovat funkci formuláře

\ displaystyle \ int {g „(x) f“ (g (x)) dx}

Jeho řešení by bylo f (g (x)), podle pravidla řetězení pro diferenciaci.

To znamená, že můžete tuto techniku ​​zobecnit na výpočet integrálů, kde existuje nějaká funkce uvnitř jiné funkce, například v exponentu, uvnitř trigové funkce atd. Tato technika je calle d u-substituce.

Zde je příklad. Předpokládejme, že chcete najít následující integrál:

\ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} dx}

Všimněte si, že mimo exponenciální máte derivaci toho, co “ s uvnitř exponentu, jmenovitě 2x a x ^ 2.

Z tohoto důvodu nastavíme u = x ^ 2. Nyní sem nějak přichází derivace u a my chceme způsob převodu náš integrál do integrálu, pokud jde o u s ohledem na u, takže někde tam potřebujeme du. Takto to získáme:

Všimněte si, že

\ displaystyle \ dfrac {du} {dx} = 2x, takže

\ displaystyle du = 2xdx

Abychom se tedy integrovali s ohledem na u a měli du v našem integrantu, prostě potřebujeme 2x krát dx, a to je přesně to, co obsahuje naše integrand!

\ displaystyle \ int {e ^ {x ^ 2} (2xdx)}

Stává se následující s u = x ^ 2 a du = 2xdx:

\ displaystyle \ int {e ^ {u} du}

Nyní se můžeme jen normálně integrovat!Poté, co existují nějaká omezení integrace pro připojení, musíme nahradit u zpět.

Zde je další, pokročilejší příklad. Najít

\ displaystyle \ int {\ tan (x) dx}

Vzhledem k tomu, že \ tan (x) = \ dfrac {\ sin (x)} {\ cos (x)}, integrál se stává

\ displaystyle \ int {\ dfrac {\ sin (x)} {\ cos (x)} dx}

Můžeme nastavit u = \ cos (x), protože jeho derivací je pouze sinus (vynásobený konstantou, -1), což nám umožňuje dostat se dovnitř. To znamená, že du = – \ sin (x) dx, takže

\ displaystyle \ int {\ dfrac {\ sin (x)} { \ cos (x)} dx} = \ int {\ dfrac {-1} {u} du}

Toto lze nyní integrovat normálně, přičemž konečná odpověď je – \ ln | \ cos (x ) | + C.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *