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高数第9讲基本积分公式巩固

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30讲上给了10组基本积分公式,下午浅听了一遍,脑子里印象还不深刻,晚上再来巩固一下。

有这样一系列比较复杂容易混淆的积分公式有必要拿出来对比一下。

  1. 第一类 \(\frac{1}{□^2 + □^2}\)\(\frac{1}{□^2 - □^2}\)

这其中一个是变量x,另一个是常数a

  • 中间是加号时只有一种情况,即arctanx:

\[ \int \frac{1}{a^2 + x^2}\,dx = \frac{1}{a}arctan\frac{x}{a} + C \\ \]

  • 中间是减号时存在两种情况:

​ 变量x在前时,可恒等变形为倒数形式的差: \[ \int \frac{1}{x^2 - a^2}\,dx = \int \frac{1}{(x+a)(x-a)}\,dx = \frac{1}{2a}\int \frac{1}{x-a} - \frac{1}{x+a}\,dx = \frac{1}{2a} \ln|\frac{x-a}{x+a}| + C \]

​ 常数a在前面时,相当于添了一个负号,于是:

\[ \int \frac{1}{a^2 - x^2}\,dx = \frac{1}{2a} \ln|\frac{x+a}{x-a}| + C \]

  1. 第二类\(\frac{1}{\sqrt{□^2 + □^2}}\)\(\frac{1}{\sqrt{□^2 - □^2}}\)
  • 中间是加号时的情况:

\[ \int \frac{1}{\sqrt{x^2 + a^2}}\,dx = \ln(x+\sqrt{x^2+a^2}) + C \]

​ 上面这个式子中a通常取1,此时即为著名的反双曲正弦函数

  • 中间为减号时,也需要分为两种情况:

​ 变量x在前时,仍然是反双曲正弦函数:

\[ \int \frac{1}{\sqrt{x^2 - a^2}}\,dx = \ln(x+\sqrt{x^2-a^2}) + C \,\,(|x|>|a|) \]

​ 常数a在前时,则成了arcsinx的形式:

\[ \int \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}}\,dx = arcsin\frac{x}{a} + C\,\,(a>0) \]

  1. 第三类\(\sqrt{□^2 + □^2}\)\(\sqrt{□^2 - □^2}\)

由于这类积分形式涉及到三角带换,比较复杂,目前只展示基本积分公式中的一个,即

\[ \int \sqrt{a^2 - x^2}\,dx = \frac{a^2}{2}arcsin\frac{x}{a}+\frac{x}{2}\sqrt{a^2-x^2}+C\,\,(a>|x|\ge0) \]


熟悉以上列举出的几个易混淆公式,还有其他诸多公式(尤其三角函数公式),作为基础的工具,为计算复杂积分打下基础。

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