№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.