Метод непосредственного интегрирования
Этот метод основан на использовании свойств неопределённого интеграла и приведении подынтегрального выражения к табличной форме.
Например:
1.
2.
3.
4.
Каждое промежуточное интегрирование даёт свою произвольную . Алгебраическая сумма произвольных постоянных будет так же произвольной постоянной. Поэтому в окончательном результате принято ставить одну произвольную постоянную.
Метод подстановки (замены переменной)
Этот метод основан на введении новой переменной. В интеграле сделаем подстановку:
;
;
тогда:
Например:
1.
2.
3.
Интегрирование по частям
Пусть и - дифференцируемые функции, то: , откуда
проинтегрируем это выражение
или
Например:
1)
2)
3)
3.ОПРЕДЕЛЁННЫЙ ИНТЕГРАЛ
ПЛАН: | 3.1. Понятие определённого интеграла и его геометрический смысл. |
3.2. Связь между определённым и неопределённым интегралами. | |
3.3. Свойства определённого интеграла. | |
3.4. Основные методы нахождения определённого интеграла. | |
3.5. Приложения интегрального исчисления (вычисление площадей плоских фигур). |
При математических расчётах часто требуется найти приращение первообразной функции при изменении её аргумента в заданных пределах. Такую задачу приходится решать при вычислении площадей и объёмов различных фигур, при определении среднего значения функции, при вычислении работы переменной силы. Эти задачи могут быть решены вычислением соответствующих определённых интегралов.
3.1. ПОНЯТИЕ ОПРЕДЕЛЁННОГО ИНТЕГРАЛА И ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Рассмотрим задачу о нахождении площади криволинейной трапеции.
Пусть дана некоторая функция , график которой изображён на рисунке.
На оси выберем точки и и восстановим из них перпендикуляры до пересечения с кривой. Фигура, ограниченная кривой, перпендикулярами и осью называется криволинейной трапецией. Разобьём интервал на ряд небольших отрезков. Выберем произвольный отрезок . Достроим криволинейную трапецию, соответствующую этому отрезку до прямоугольника. Площадь такого прямоугольника определится как:
.
Тогда площадь всех достоверных прямоугольников в интервале будет равна:
Если каждый из отрезков достаточно мал и стремится к нулю, то суммарная площадь прямоугольников будет стремиться к площади криволинейной трапеции:
Итак, задача о вычислении площади криволинейной трапеции сводится к определению предела суммы.
Интегральная сумма есть сумма произведения приращения аргумента на значение функции , взятой в некоторой точке интервала, в границах которого изменяется аргумент. Математически задача о нахождении предела интегральной суммы, если приращение независимой переменной стремится к нулю, приводит к понятию определённого интеграла.
Функция в некотором интервале от до интегрируема, если существует такое число , к которому стремится интегральная сумма при . В этом случае число называют определённым интегралом функции в интервале :
где – область интегрирования ( – нижний предел интегрирования, – верхний предел интегрирования).
Таким образом, с точки зрения геометрии, определённый интеграл есть площадь фигуры, ограниченной графиком функции в определённом интервале и осью абсцисс.
3.2. СВЯЗЬ МЕЖДУ ОПРЕДЕЛЁННЫМ И НЕОПРЕДЕЛЁННЫМ ИНТЕГРАЛАМИ. ФОРМУЛА НЬЮТОНА-ЛЕЙБНИЦА.
Неопределённый интеграл - это совокупность первообразных функций.
Определённый интеграл - это число.
Связь между ними задаётся формулой Ньютона-Лейбница.
Теорема. Значение определённого интеграла равно разности значений любой первообразной от подынтегральной функции, взятой при верхнем и нижнем пределами интегрирования:
Например:
1.
2.
3.3. СВОЙСТВА ОПРЕДЕЛЁННОГО ИНТЕГРАЛА
1. Определённый интеграл не зависит от обозначения переменной интегрирования:
2. Определённый интеграл от суммы конечного числа непрерывных функций , заданных на отрезке равен сумме определённых интегралов от слагаемых функций:
3. Постоянный множитель можно вынести за знак интеграла:
4. Если верхний и нижний пределы интегрирования поменять местами, то определённый интеграл изменит свой знак на противоположный:
5. Если , то
6. Если отрезок интегрирования разбить на две части и , то:
7. Если подынтегральная функция на отрезке интегрирования сохраняет постоянный знак, то интеграл представляет собой число того же знака, что и функция, т.е. если , то
8. Значение определённого интеграла заключено между произведениями наибольшего и наименьшего значений подынтегральной функции на длину интервала интегрирования:
где – наибольшее и наименьшее значение функции на отрезке.
9. Определённый интеграл от непрерывной функции равен произведению значения этой функции в некоторой промежуточной точке отрезка интегрирования на длину отрезка :
где - среднее значение функции в интервале.
3.4. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ НАХОЖДЕНИЯ ОПРЕДЕЛЁННОГО ИНТЕГРАЛА
1. Непосредственное интегрирование
1)
2)
2. Метод подстановки
1)
2)
3. Интегрирование по частям
1)