Вычислить криволинейный интеграл Поверхностный интеграл Исследовать поведение функции Функции комплексной переменной Векторное поле Решение типовых задач Элементы теории множеств

Задачи курсового, типового расчета по математике. Примеры решений

Метод замены переменной (интегрирование подстановкой)

Ниже рассмотрены некоторые часто встречающиеся интегралы и применяемые для их вычисления подстановки.

1. Тригонометрические подстановки , ,  применяются в тех случаях, когда подынтегральное
выражение содержит радикалы , ,  или их степени.

ПРИМЕР 1. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Положим , . Тогда , , , . Имеем

, отсюда получаем

.

ПРИМЕР 2. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Положим , . Тогда , , ,  и

.

Возвращаясь к первоначальной переменной  (пункт 5 алгоритма), выразим сначала  через :

.

Отсюда .

2. Иногда по структуре подынтегрального выражения удается
догадаться не о самой подстановке , а о виде функции  – обратной для  – с тем, чтобы свести исходный интеграл к одному из табличных интегралов.

ПРИМЕР 3. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Полагаем , тогда  и .
Поэтому имеем

.

3. Рассмотрим интегралы от функций, содержащих квадратный трехчлен в знаменателе,  и , в случае, когда  (трехчлен не разлагается на действительные множители).

Выделим полный квадрат в трехчлене:

.

Положим , тогда , , .
Отсюда 

.

Здесь использованы табличные интегралы 2 и 12 и проведен переход к первоначальной переменной интегрирования .

Аналогично

.

Здесь использованы табличные интегралы 1 и 15 и совершен переход к переменной интегрирования .

Интеграл вида  в случае  и для тех , при которых , вычисляется аналогично: . Полагая ,  и используя формулы 1 и 14, имеем

.

Полученные общие формулы не следует запоминать, целесообразно каждый раз проводить соответствующие выкладки подробно.

ПРИМЕР 4. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Приводим интеграл  к виду интеграла : . Выделим полный квадрат в трехчлене знаменателя . Полагая , получим  и

.

4. При интегрировании интеграла вида

 – произвольные
числа, целесообразна так называемая "обратная подстановка" ; она приводит интеграл  к интегралу "более простого
вида" – без множителя перед корнем в знаменателе. Покажем это на конкретном примере.

ПРИМЕР 5. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. При , ,  имеем

.

Получим интеграл вида ; для его вычисления преобразуем
трехчлен

.

Окончательно

.

Далее указаны примеры других подстановок, упрощающих
исходные интегралы.


Криволинейный и поверхностный интеграл