Функція вигляду F(x)=P(x)/Q(X), де P(x) і Q(x) – многочлени називається дробово – раціональною, або раціональним дробом. Дріб правильний, якщо степінь многочлена P(x) нижчий за степінь Q(x). Якщо дріб неправильний, з нього виділяють цілу частину (многочлен), ділячи чисельник на знаменник: .
Правильний дріб можна подати у вигляді суми скінченого числа елементарних дробів типу:
I) ; II) ; III) ; IV) , де n>1 – натуральне число, .
Інтеграли від елементарних дробів обчислюємо за формулами:
I. . (1)
II. . (2)
III. Якщо чисельник дробу пропорційний похідній знаменника, то інтеграл обчислюють за формулою . (3)
В іншому разі чисельник розкладають на суму двох доданків, один з яких пропорційний похідній тричлена, а другий – сталій. Тоді інтеграл записуємо у вигляді суми двох інтегралів, перший з яких обчислюємо за формулою (3), а другий зводимо до інтеграла , виділенням повного квадрата з тричлена.
IV. Інтеграл від цього дробу зводиться до двох інтегралів, перший з яких табличний типу , а другий . Останній шляхом (n-1)- кратного інтегрування зводиться до табличного за допомогою рекурентної формули (4)
Отже, інтегрування кожного раціонального дробу можна звести до інтегрування суми елементарних дробів за таким правилом:
1. Якщо дріб неправильний то, виділивши цілу частину, записати його у вигляді .
2. Розкласти знаменник .
3. Зобразити дріб у вигляді суми елементарних дробів ,
де А1,...,Ak,…,B1,C1,…,B2,C2,…- деякі сталі,k,…, ,…-натуральні числа, більші за одиницю, причому .
4. Обчислити невизначені коефіцієнти А1,..., Сl . Для цього потрібно звести останню рівність до спільного знаменника, і прирівняти чисельники в обох частинах рівності. Невідомі коефіцієнти можна обчислити двома способами: а) прирівнюванням коефіцієнтів при однакових степенях в обох частинах рівності; б) наданням змінній конкретних значень. Часто застосовують комбінацію цих способів; залишається розв’язати систему лінійних рівнянь з невідомими A1,...
5. Обчислити заданий інтеграл, використовуючи схему розкладу і значення невідомих коефіцієнтів.
Приклад. Обчислити інтеграл .
Виділимо частину підінтегрального дробу .
Розкладемо знаменник на множники:
x3-x=x(x-1)(x+1). Зобразимо дріб у вигляді суми елементарних дробів .
Останню рівність зведемо до спільного знаменника і прирівняємо чисельники: .
Оскільки числа 0,1,-1 є коренями знаменника, то коефіцієнти А, В, С зручно обчислити підставляючи саме ці значення в останню рівність. При х=0 дістаємо тобто А=-1; при х=1 маємо 3=2В, тобто В=3/2; при х = -1 дістаємо 3=2С, C=3/2.
Обчислюємо заданий інтеграл, враховуючизначення заданих коефіцієнтів і попередній розклад: .
Питання для контролю вивченого матеріалу
1. Яка функція називається дробово – раціональною?
2. Які типи елементарних дробів ви знаєте?
3. За якими формулами обчислюється інтеграл від елементарних дробів?
4. До якого правила можна звести інтегрування кожного раціонального дробу?
5. Обчислити інтеграл .
Література
1. Соколенко О.І. Вища математика: Підручник. – К.: Видавничий центр „Академія”, 2002. – 432 с.
2. Дюженкова Л.І., Носаль Т.В. Вища математика: Практикум: Навч. посібник – К: Вища школа, 1991. – 407 с.:іл.