Files

2.2 KiB
Raw Blame History

Замена переменных в неопределенном интеграле

Основные принципы замены переменных

Пусть дано выражение неопределенного интеграла \int f(x) \, dx. Целью замены переменных является нахождение такой функции \varphi(t) и такого интервала [a, b], что выполняются следующие условия:

a) \varphi(t) дифференцируема на [a, b];

b) f(x) непрерывна на \varphi([a, b]);

c) \int f(x) \, dx = \int f(\varphi(t)) \varphi'(t) \, dt.

При этом новая переменная t вводится соотношением x = \varphi(t), а дифференциал dx выражается через dt следующим образом: dx = \varphi'(t) dt.

Правило замены переменных

Правило замены переменных в неопределенном интеграле формулируется следующим образом:

\int f(x) \, dx = \int f(\varphi(t)) \varphi'(t) \, dt + C,

где C - произвольная постоянная.

Примеры замены переменных

Рассмотрим несколько примеров замены переменных в неопределенных интегралах.

Пример 1. Вычислить интеграл \int \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx.

Решение. Заменим переменную x = \sin t, тогда dx = \cos t \, dt и

\int \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx = \int \frac{\sin t}{\sqrt{1 - \sin^2 t}} \cos t \, dt = \int \cos t \, dt = \sin t + C = \sqrt{1 - x^2} + C.

Пример 2. Вычислить интеграл \int \frac{1}{1 + x^2} \, dx.

Решение. Заменим переменную x = tg(t), тогда dx = \frac{1}{\cos^2 t} \, dt и

\int \frac{1}{1 + x^2} \, dx = \int \frac{1}{1 + tg^2 (t)} \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = \int \frac{\cos^2 t}{\sin^2 t + \cos^2 t} \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = \int \frac{1}{\cos^2 t} \, dt = tg(t) + C = x + C.