差別化には連鎖律があります。統合にも同様のルールがありますか?


ベストアンサー

はい!連鎖律の逆である「方法」があり、私はそれを「吸収の方法」と呼んでいます。

事前知識:

d \ left(f \ left(x \ right)\ right)= f “\ left(x \ right)\、dx

ここにトリックがあります:

\ 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

次のようにすると、いつでも答えを確認できます。つまり:

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

この手法は、積分を解くときに非常に強力です。

最初の例:\ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} \、dx}

次のように評価できます:

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

= \ displaystyle \ int {e ^ {x ^ 2} \ left(2x \、dx \ right)}

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

ここで、2xはdxによって「吸収」され、dxはd \ left(x ^ 2 \ right)になります。

e ^ {x ^ 2}をd \ left(x ^ 2 \ right)にさらに「吸収」すると、方程式全体は次のようになります。\ displaystyle \ int {d \ left(e ^ {x ^ 2} \右)}

\ int、d、およびブラケットを削除し、最後に後ろにCを追加すると、答えが表示されます!

ie \ displaystyle \ int {2xe ^ {x ^ 2} dx} = e ^ {x ^ 2} + C。

2番目の例:\ displaystyle \ int {\ tan x \、dx}

\ tan x = \ frac {\ sin x} {\ cos x}であることがわかっているため、積分全体は\ displaystyle \ int {\ frac {\ sin x} {\ cos x} \、dxになります。 }。

\ sin xを「吸収」して、dxがd \ left(-\ cos x \ right)になるようにします。

次に、方程式全体が\ displaystyle \になります。 int {\ frac {d \ left(-\ cos x \ right)} {\ cosx}}。

\ intの前に負の記号(-)を付けると、\ displaystyleになります。 -\ int {\ frac {d \ left(\ cos x \ right)} {\ cosx}}。

さらに、\ frac 1 {\ cosx}をd \ leftに「吸収」します。 (\ cos x \ right)

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

したがって、最終的な答えは-\ ln | \ cos x | + C、または\ ln | \ sec x | + Cです。 \ cotxの場合も同じ原理です。

3番目の例:\ displaystyle \ int {\ sec x \、dx}

\ secxに\ frac {\ secを掛けますx + \ tan x} {\ tan x + \ sec x}(\ displaystyle \ int {\ sec x \、dx} = \ displaystyle \ int {\ frac {\ sec ^ 2x + \ sec x \ tan x} {\ tan) x + \ sec x} \、dx}。

これで、\ sec ^ 2x + \ sec x \ tan xを「吸収」して、dxがd \ left(\ tan x + \ sec x \ right)になるようにすることができます。 。

次に、方程式全体が\ displaystyle \ int {\ frac {d \ left(\ tan x + \ sec x \ right)} {\ tan x + \ secx}}になります。

さらに\ frac 1 {\ tan x + \ secx}をd \ left(\ tan x + \ sec x \ right)に「吸収」して、

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

したがって、最終的な答えは\ ln | \ tan x + \ sec x | + Cです。 \ cscxについても同じ原理です。

最後の例:\ displaystyle \ int {\ frac {dx} {x + 5}}

5は定数なので、薄い空気からそれを「作成」することができます。

したがって、

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

次に、通常どおり関数を統合します。

最終的な答え:\ ln | x + 5 | + C 。

この方法ははるかに単純で理解しやすいです。

答え

「差別化のための連鎖律」と同じように

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

の「逆連鎖律」があります統合。

つまり、次の形式の関数を統合する場合

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

その解は、微分の連鎖律に従ってf(g(x))になります。

これは、この手法を一般化して、関数がある場合に積分を計算できることを意味します。指数内、トリガー関数内など、別の関数内。この手法はcalleです。 du-substitution。

ここに例があります。次の積分を見つけたいとします。

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

指数の外側には、何の導関数があることに注意してください。 ” sは指数内、つまり2xとx ^ 2です。

このため、u = x ^ 2と設定します。ここで、どういうわけかuの導関数がここにあり、変換する方法が必要です。 uに関するuの積分への積分なので、どこかにduが必要です。これを取得する方法は次のとおりです。

注意

\ displaystyle \ dfrac {du} {dx} = 2x、つまり

\ displaystyle du = 2xdx

したがって、uに関して積分し、被積分関数にduを含めるには、必要なのはdxの2倍だけで、それがまさに被積分関数に含まれているものです!

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

次のようになりますu = x ^ 2およびdu = 2xdxの場合:

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

これで、通常どおりに統合できます。その後、プラグインするための統合の制限がある場合は、uを元に戻す必要があります。

もう1つのより高度な例です。検索

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

\ tan(x)= \ dfrac {\ sin(x)} {\ cos(x)}を考慮すると、積分は次のようになります

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

その導関数は正弦(定数を掛けたもの)であるため、u = \ cos(x)を設定できます。 -1)、これにより、duをそこに入れることができます。つまり、du =-\ sin(x)dxなので、

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

これで通常どおりに統合でき、最終的な答えは-\ ln | \ cos(x )| + C。

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