№1
1а) Вычислить неопределенный интеграл:
Данный интеграл вычислим при помощи формулы интегрирования по частям.
Выберем , необходимо вычислить и
(Определенную сложность для студентов зачастую представляет вычисление функции при известном . Данную проблему можно решать следующими способами:
Первый подход рассчитан на студентов хорошо освоивших ранее пройденный материал и способных к интуитивному пониманию
1. Зная и представляя перед собой таблицу производных, понимаем, что данная производная может быть получена при дифференцировании функции , причем именно , однако , значит для того чтобы производная получилась необходимо взять производную от функции получения
В случае если проведенные рассуждения сложны для восприятия, то возможен другой подход для вычисления искомой функции:
2. Учитывая второе основное свойство неопределенного интеграла имеем
Либо интеграл можно вычислить и другим способом:
таким образом, получаем .
Для вычисления в итоге имеем:
Применяем к исходному интегралу формулу интегрирования по частям подставляя вместо , , и их значения и получим:
1б) Вычислить неопределенный интеграл:
Для вычисления имеющегося интеграла целесообразно сначала сделать замену:
имеем:
2) Вычислить определенный интеграл:
Для вычисления имеющегося интеграла необходимо сначала вычислить соответствующий ему неопределенный интеграл , а затем применить формулу Ньютона-Лейбница.
Данный неопределенный интеграл вычисляется при помощи формулы интегрирования по частям, причем применять ее придется два раза.
Применим к исходному интегралу формулу Ньютона-Лейбница.
3) Найти неопределенный интеграл:
Данный пример предполагает применение метода вычисления интегралов от дробно-рациональных функций.
Алгоритм наших действий следующий:
1. Выделяем целую часть, и получаем интеграл от многочлена и правильной дробно-рациональной функции. т.е.
2. Представляем правильную дробно-рациональную функцию как сумму простейших дробей. в силу единственности представления многочлена получаем систему уравнений:
т.е.
3. Вычисляем интегралы от простейших дробей.
4. Записываем ответ как сумму от получившихся в третьем пункте выражений.
4a) Вычислить определенный интеграл:
Перед нами определенный интеграл от тригонометрической функции. Сначала вычислим соответствующий ему неопределенный интеграл . Вычислять данный интеграл будем при помощи стандартной замены , при которой , , получим:
Теперь к исходному интегралу применяем формулу Ньютона-Лейбница.
4б) Вычислить определенный интеграл:
Перед нами определенный интеграл от тригонометрической функции. Сначала вычислим соответствующий ему неопределенный интеграл . Вычислять данный интеграл будем при помощи стандартной замены , при которой , , получим:
Перед нами интеграл от дробно-рациональной функции и вычислять его надо аналогично ранее решенному третьему примеру.
, тогда имеем систему уравнений Тогда
Применяя к исходному интегралу формулу Ньютона-Лейбница имеем:
5) Вычислить определенный интеграл:
Перед нами определенный интеграл от иррациональной функции. Сначала вычислим соответствующий ему неопределенный интеграл . Вычислять данный интеграл будем при помощи стандартной замены.
замена . В нашем случае замена , при этом , , учтем что в итоге имеем:
перед нами интеграл от тригонометрической функции, причем вида где m и n целые числа и одно из них не четное, можно занести под знак дифференциала.
проведя обратную замену и перейдя к исходной переменной имеем: . Применяя к исходному интегралу формулу Ньютона-Лейбница имеем:
6) Вычислить длину дуги кривой, заданной в прямоугольной системе координат. ,
Если гладкая кривая задана уравнением то длина ее дуги на отрезке [ a,b ] может быть вычислена по формуле: . В нашем случае . Имеем:
7) Изменить порядок интегрирования:
Для изменение порядка интегрирования первым шагом необходимо изобразить область, по которой вычисляется двойной интеграл.
В первой части исследуемого интеграла внешняя переменная x изменяется от нуля до единицы образуя некую полосу на плоскости Oxy, а внутренняя переменная y изменяется от функции (горизонтальная прямая совпадающая с осью Ox) до функции (прямая, которая является биссектрисой первого координатного угла). Обе функции могут быть построены по точкам.
Таким образом получаем область:
Во второй части исследуемого интеграла внешняя переменная x изменяется от единицы до , образуя некую полосу на плоскости Oxy, а внутренняя переменная y изменяется от функции (горизонтальная прямая совпадающая с осью Ox), до функции . (функция представляет из себя верхнюю дугу полуокружности с центром в начале координат и радиусом , что становиться очевидно если возвести функцию в квадрат). Обе функции могут быть построены по точкам.
Таким образом получаем область:
Объединяя полученные области имеем:
Проецируя имеющуюся область на прямую Oy получаем отрезок [0;1], следовательно, пределы во внешнем интеграле будут изменяться от нуля до единицы. Что же касается изменение пределов во внутреннем интеграле, то находясь внутри области при уменьшении x мы упираемся в функцию , а при увеличении x мы упираемся в функцию (или с учетом того что необходимо выразить x ). Таким образом получаем:
8) Вычислить:
Для начала решения построим область D.
Для определения пределов интегрирования первым шагом спроецируем область на ось х, тем самым получив в качестве границ внешнего интеграла отрезок [0;4]. Двигаясь внутри области по прямым, параллельным оси Оу определяем какие функции выступают в качестве границ внутреннего интеграла. Таким образом имеем:
Данный интеграл вычисляем как повторный
Таким образом
9) Вычислить:
Будем вычислять тройной интеграл как повторный, аналогично предыдущему примеру.