2.2 KiB
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
.