diff --git a/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.pdf b/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.pdf index 36491a9..16707e2 100644 Binary files a/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.pdf and b/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.pdf differ diff --git a/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.tex b/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.tex index b159536..2532b04 100644 --- a/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.tex +++ b/advanced-math/exercise/4-indefinite-integral-and-definite-integral/indefinite-integral-and-definite-integral.tex @@ -60,6 +60,10 @@ \subsection{换元积分} +使用换元法做了换元之后是要带回式子中的,也就是说要保证反函数的存在才能代入有意义。为了保证反函数的存在,因此要保证原函数的单调性,所以要有一个规定的范围来使原函数保证单调。 + +对于第二类换元特别要考虑这方面,而第一类换元一般不考虑。 + \subsubsection{第一类换元} \paragraph{聚集因式} \leavevmode \medskip @@ -94,11 +98,65 @@ $=\displaystyle{\int(\sec^2x-1)}\tan x\sec x\,\textrm{d}x=\displaystyle{\int(\se \subsubsection{第二类换元} -\begin{enumerate} - \item $\sqrt{a^2-x^2}$:$x=a\sin t(a\cos t)$。 - \item $\sqrt{a^2+x^2}$:$x=a\tan t$。 - \item $\sqrt{x^2-a^2}$:$x=a\sec t$。 -\end{enumerate} +当使用第二类换元时需要考虑$x$定义域与换元后式子的正负号的问题,因为根号一定为正,而在定义域上的不同部分,换元式子正负号可能不同。 + +\paragraph{\texorpdfstring{$\sqrt{a^2-x^2}$:$x=a\sin t(a\cos t)$}\ } \leavevmode \medskip + +若令$x=a\sin t$,则根据$\sin t\in(-1,1)$得到主区间:$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,从而代入式子$\sqrt{a^2-x^2}=a\cos t$,根据$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,所以$\cos t>0$,所以正负号无误。 + +若令$x=a\cos t$,则根据$\cos t\in(-1,1)$,得到主区间:$t\in(0,\pi)$,从而代入式子$\sqrt{a^2-x^2}=a\sin t$,根据$t\in(0,\pi)$,所以$\sin t>0$,所以正负号无误。 + +所以这种情况不用考虑正负号。 + +\textbf{例题:}求$\displaystyle{\int\dfrac{\textrm{d}x}{1+\sqrt{1-x^2}}}$。 + +令$x=\sin t$($t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$),所以$\sqrt{1-x^2}=\cos t$,$\textrm{d}x=\cos t\,\textrm{d}t$,$t=\arcsin x$。 + +$=\displaystyle{\int\dfrac{\cos t}{1+\cos t}\textrm{d}t=\int\dfrac{2\cos^2\dfrac{t}{2}-1}{2\cos^2\dfrac{t}{2}}\textrm{d}t=\int\textrm{d}t-\int\sec^2\dfrac{t}{2}\,\textrm{d}t=t-\tan}\dfrac{t}{2}+C$ + +$=t-\dfrac{\sin\dfrac{t}{2}}{\cos\dfrac{t}{2}}+C=t-\dfrac{\sin\dfrac{t}{2}\cos\dfrac{t}{2}}{\cos^2\dfrac{t}{2}}+C=t-\dfrac{\sin t}{1+\cos t}+C$ + +$=\arcsin x-\dfrac{x}{1+\sqrt{1-x^2}}+C$。 + +\paragraph{\texorpdfstring{$\sqrt{a^2+x^2}$:$x=a\tan t$}\ } \leavevmode \medskip + +根据$\tan t\in R$,从而得到主空间:$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,代入$\sqrt{a^2+x^2}=a\sec t$,根据$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,所以$\cos t>0$,$\sec t>0$,所以正负号无误。 + +所以这种情况不用考虑正负号。 + +\paragraph{\texorpdfstring{$\sqrt{x^2-a^2}$:$x=a\sec t$}\ } \leavevmode \medskip + +根据$\sec t\in(-1,1)$,所以从而得到主空间:$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,代入$\sqrt{x^2-a^2}=a\tan t$,根据$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},\dfrac{\pi}{2}\right)$,所以$\tan t\in R$,所以此时不能保证转换后的$a\tan t>0$,此时必须对$x$分正负情况讨论。\medskip + +\textbf{例题:}求$\displaystyle{\int\dfrac{\sqrt{x^2-9}}{x}\textrm{d}x}$。 + +令$x=3\sec t$。$\therefore\sqrt{x^2-9}=3\tan t$,$\textrm{d}x=3\sec t\tan t\,\textrm{d}t$。 + +当$x>3$时,$\sec t>1$,即$t\in\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right)$。 + +$=\displaystyle{\int3\tan^2t\,\textrm{d}t=3\int(\sec^2t-1)\textrm{d}t}$ + +$=3\tan t-3t+C=\sqrt{x^2-9}-3\arccos\dfrac{3}{x}+C$。 + +当$x<-3$时,$\sec t<-1$,即$t\in\left(-\dfrac{\pi}{2},0\right)$。 + +$=\displaystyle{-\int3\tan^2t\,\textrm{d}t=-3\int(\sec^2t-1)\textrm{d}t}$ + +$=-3\tan t+3t+C=\sqrt{x^2-9}+3\arccos\dfrac{3}{x}+C$($\tan t<0$) + +$=\sqrt{x^2-9}-3\arccos\dfrac{3}{-x}+3\pi+C$($3\arccos\dfrac{3}{x}=3\pi-3\arccos-\dfrac{3}{x}$) + +$=\sqrt{x^2-9}-3\arccos\dfrac{3}{-x}+C$。 + +\paragraph{辅助换元} \leavevmode \medskip + +在使用换元法的时候有可能单个式子不能求出积分,而使用其他辅助式子加减在一起积分可以得到结果,从而能得到原式和辅助式子的积分结果。对于这类题目需要观察什么样的式子能让积分简单。 + +\textbf{例题:}求$\displaystyle{\int\dfrac{\textrm{d}x}{x+\sqrt{1-x^2}}}$。 + +令$x=\sin t$,所以$\sqrt{1-x^2}=\cos t$,$\textrm{d}x=\cos t\,\textrm{d}t$。 + +$\therefore=\displaystyle{\int\dfrac{\cos t}{\sin t+\cos t}\textrm{d}t}$。 \subsection{分部积分} diff --git a/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.pdf b/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.pdf index b711390..88abd2b 100644 Binary files a/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.pdf and b/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.pdf differ diff --git a/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.tex b/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.tex index a5aad1f..6824ea3 100644 --- a/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.tex +++ b/advanced-math/knowledge/0-perpare/perpare.tex @@ -860,10 +860,74 @@ $\cos\alpha+\cos\beta=2\cos\dfrac{\alpha+\beta}{2}\cos\dfrac{\alpha-\beta}{2},\c \subsubsection{万能公式} -一般不会用到。 - 若$u=\tan\dfrac{x}{2}(-\pi