Tích phân bằng đổi biến loại 1
Định lý:
Nếu
1) Hàm $x=u(t)$ có đạo hàm liên tục $\left[ \alpha ;\,\,\beta \right]$,
2) Hàm số $f(u(t))$ được xác định trên $\left[ \alpha ;\,\,\beta \right]$,
3) $u(\alpha )=a,\,\,u(\beta )=b$,
thì $I=\int\limits_{a}^{b}{f(x)dx}=\int\limits_{\alpha }^{\beta }{f(u(t)){{u}^{‘}}(t)dt}$.
Phương pháp
Cho hàm số $f(x)$ liên tục trên đoạn $\left[ a;b \right]$ có nguyên hàm là $F(x)$.
Giả sử $u(x)$ là hàm số có đạo hàm và liên tục trên đoạn $\left[ \alpha ,\beta \right]$ và có miền giá trị là $\left[ a;b \right]$ thì ta có :
$\int{f\left[ u(x) \right]}.u'(x)dx=F(x)\left[ u(x) \right]+C$
Đổi biến $t=\varphi (x)$, rút x theo t.
+) Xác định vi phân: $dx=\varphi ‘(t)dt$
+) Biểu thị f(x)dx theo t và dt. Giả sử $f(x)dx=g(t)dt$. Khi đó $I=\int{g(t)dt}$
Dấu hiệu đặt ẩn phụ
Dấu hiệu | Quy tắc |
Hàm số có mẫu | Đặt t là mẫu |
Hàm $f(x,\,\sqrt{\varphi (x)})$ | Đặt $t=\varphi (x)$ |
Hàm $f(x,\sqrt[n]{\varphi (x)},\sqrt[m]{\varphi (x)})$ | Đặt $t=\tan \frac{x}{2}$ |
Hàm lẻ với sinx | Đặt $t=\cos x$ |
Hàm lẻ với cosx | Đặt $t=\operatorname{s}\text{inx}$ |
Hàm chẵn với sinx và cosx | Đặt t =tanx |
Hàm $f(x)=\frac{\text{a}\sin x+b\cos x}{c\sin x+d\cos x+e}$ | Đặt $t=\tan \frac{x}{2}$ |
Các ví dụ minh họa
Ví dụ 1
Tính: ${I_1} = \int\limits_0^1 {\frac{{xdx}}{{{x^2} + 1}}} $
Giải
Đặt $t={{x}^{2}}+1\quad \Rightarrow \quad dt=2xdx\quad \Rightarrow \quad xdx=\frac{dt}{2}$
Đổi cận : $\left\{ \begin{align}
& x=0\to t=1 \\
& x=1\to t=2 \\
\end{align} \right.$
Vậy: ${I_1} = \int\limits_1^2 {\frac{{xdx}}{{{x^2} + 1}} = \frac{1}{2}\int\limits_1^2 {\frac{{dt}}{t} = \frac{1}{2}\left. {\ln t} \right|} } _1^2 = \frac{1}{2}\ln 2$
Ví dụ 2
Tính: ${I_2} = \int\limits_0^1 {\frac{{{e^x}dx}}{{{e^x} – 1}}} $
Giải
Đặt: $t={{e}^{x}}-1\quad \Rightarrow \quad dt={{e}^{x}}dx\quad $
Đổi cận :$\left\{ \begin{array}{l}
x = 1 \to t = e – 1\\
x = 2 \to t = {e^2} – 1
\end{array} \right.$
Vậy : ${{I}_{2}}=\int\limits_{0}^{1}{\frac{{{e}^{x}}dx}{{{e}^{x}}-1}}=\int\limits_{e-1}^{{{e}^{2}}-1}{\frac{dt}{t}=\left. \ln t \right|}_{e-1}^{{{e}^{2}}-1}=\ln (e+1)$
Ví dụ 3
Tinh: ${I_3} = \int\limits_1^e {\frac{{\sqrt {1 + \ln x} dx}}{x}} $
Giải
Đặt: ${{t}^{{}}}=1+\ln x\quad \Rightarrow \quad tdt=\frac{1}{x}dx\quad $
Đổi cận : $\left\{ \begin{align}
& x=1\to t=1 \\
& x=e\to t=2 \\
\end{align} \right.$
${I_3} = \int\limits_1^e {\frac{{\sqrt {1 + \ln x} dx}}{x}} = \int\limits_1^2 {\sqrt t dt = \frac{2}{3}\left. {{t^{\frac{3}{2}}}} \right|} _1^2 = \frac{2}{3}(2\sqrt 2 – 1)$
Ví dụ 4.
Tính: ${I_1} = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {c{\rm{o}}{{\rm{s}}^{\rm{5}}}x.dx = }$
Giải
${I_1} = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {c{\rm{o}}{{\rm{s}}^{\rm{5}}}x.dx = } \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {c{\rm{o}}{{\rm{s}}^{\rm{4}}}x.c{\rm{osx}}.dx} $
$ = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {{{(1 – {{\sin }^2}x)}^2}d(\sin x)} $
$ = \left( {\frac{1}{5}{{\sin }^5}x – \frac{{2{{\sin }^3}x}}{3} + \sin x} \right)\left| \begin{array}{l}
\frac{\pi }{2}\\
0
\end{array} \right. = \frac{8}{{15}}$
Ví dụ 5.
Tính: $I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {c{\rm{o}}{{\rm{s}}^{\rm{2}}}x.dx} $
Giải
$I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {c{\rm{o}}{{\rm{s}}^{\rm{2}}}x.dx} = \frac{1}{2}\int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {(1 + c{\rm{os2x)}}{\rm{.dx}}} $
$ = \frac{1}{2}\left( {x + \frac{1}{2}\sin 2x} \right)\left| \begin{array}{l}
\frac{\pi }{2}\\
0
\end{array} \right. = \frac{\pi }{4}$
Ví dụ 6
Tính: $I = \int\limits_0^1 {{x^2}\sqrt {{x^3} + 5} dx}$
Giải
Ta có: $d\left( {{x}^{3}}+5 \right)=3{{x}^{2}}dx\Rightarrow \frac{d\left( {{x}^{3}}+5 \right)}{3}={{x}^{2}}dx$
$ \Rightarrow I = \int\limits_0^1 {\sqrt {{x^3} + 5} \frac{{d\left( {{x^3} + 5} \right)}}{3}} $
$\begin{array}{l}
= \frac{1}{3}\int\limits_0^1 {{{\left( {{x^3} + 5} \right)}^{\frac{1}{2}}}d({x^3} + 5)} \\
= \frac{1}{3}\frac{{{{({x^3} + 5)}^{\frac{1}{2} + 1}}}}{{\frac{1}{2} + 1}}\left| \begin{array}{l}
1\\
0
\end{array} \right.\\
= \frac{2}{9}({x^3} + 5)\sqrt {{x^3} + 5} \left| \begin{array}{l}
1\\
0
\end{array} \right.
\end{array}$
$ = \frac{4}{3}\sqrt 6 – \frac{{10}}{9}\sqrt 5 $
Chúc các bạn thành công!
———————–
Download tài liệu: PDF-tại đây Word: tại đây.
——————
Xem thêm:
- Phương pháp tính tích phân
- Phương pháp tính tích phân từng phần
- Phương pháp tính tích phân bằng đổi biến loại 1
- Phương pháp tính tích phân bằng đổi biến loại 2
- Phương pháp tính tích phân bằng nhân liên hợp
- Phương pháp tính tích phân hàm dưới dấu trị tuyệt đối
- Phương pháp tính tích phân các hàm có dạng đặc biệt
- Một số dạng thường gặp trong tính tich phân
- Ứng dụng tich phân vào tính thể tích
- Ứng dụng tích phân vào tính diện tích hình phẳng
———————–
0 Bình luận