Материал: 1634

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

10 4А; А 5; 2

при х = –3

3 32 5 3 12 A 0 B 0 C( 3 1)( 3 2);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54 20С;

С

27

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь мы можем выписать сумму простейших дробей:

 

 

 

 

 

 

 

3x2 5x

12

 

 

5

 

 

 

 

14

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

10

 

.

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)(x 2)(x 3)

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

x 3

 

 

 

 

2. Разложить дробь

 

x3 2x 1

 

 

 

на элементарные. По тео-

(x 1)2(x 2)3

реме 3 имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 2x 1

 

 

A

 

 

B

 

 

C

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

(x 1)2(x 2)3

x 1

(x 1)

2

 

 

(x 2)

2

(x 2)3

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

A(x 1)(x 2)3

B(x 2)3 C(x 1)2(x 2)2

 

D(x 1)2(x 2) E(x 1)

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)2(x 2)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выписываем равенство для числителей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 2x 1 A(x 1)(x 2)3

B(x 2)3 C(x 1)2(x 2)2

 

 

 

 

D(x 1)2(x 2) E(x 1)2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

При х =1 получаем

13 2 1 1 A 0 B 33 C 0 D 0 E 0;

27B 2; B 2 . 27

При х = –2

( 2)3 2 ( 2) 1 A 0 B 0 C 0 D 0 E ( 3)2;

9E 5; E 5. 9

Теперь продифференцируем обе части равенства (3):

3x2 2 A(x 2)3

3A(x 1)(x 2)2

3B(x 2)2

2C(x 1)(x 2)2

2C(x 1)2(x 2) 2D(x 1)(x 2)

D(x 1)2 2E(x 1).

(4)

При х = 1

3 12 2 A 33 3B 32;

1 33

 

 

2

 

1

 

A 27

 

 

;

A

 

.

27

 

 

 

 

 

9

 

При х = –2

3 ( 2)2 2 ( 3)2 D 2( 3)E;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 9D 6E; 10 9D 6

 

 

;

 

 

D

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

 

 

 

 

 

 

 

Далее можно еще раз продифференцировать равенство (4) и

 

положить х = –2, однако, так как остался неизвестен только один

 

коэффициент, поставим в равенство (3) можно и в (4) некоторое

 

значение x, получим при х = 0

1 8А 8В 4С 2D E.

 

 

Используя найденные ранее коэффициенты, находим, что

 

C

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3 2x 1

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

20

 

 

 

5

.

 

 

(x 1)2(x 2)3

9(x 1)

27(x 1)2

9(x 2)

 

27(x 2)

2

 

9(x 2)3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Разложить в сумму простейших дробей

 

x 1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4 1

 

 

 

 

 

Разложим знаменатель дроби на простейшие множители:

 

 

 

 

 

 

x4 1 (x2 1)(x2 1) (x 1)(x 1)(x2 1).

 

 

 

 

 

Теперь воспользуемся теоремой 3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

A

 

B

 

Cx D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)(x 1)(x2 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

x 1

x2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(x 1)(x2

1) B(x 1)(x2 1) (Cx D)(x 1)(x 1)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)(x 1)(x2 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выписываем равенство для числителей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1 A(x 1)(x2 1) B(x 1)(x2

1) (Cx D)(x 1)(x 1).

 

При х = 1

2 A 2 2; A 1. 2

При х = –1

0 B( 2) 2; B 0.

При х = 0

1 A B D;

D A B 1;

D 1 0 1; D 1. 2 2

При х = 2

3 A 3 5 B(5 (2C D) 3;

3 15A 5B 6C 3D;

 

 

 

 

 

 

3

15

5 0 6C

3

;

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

6C 3;C

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Итак,

x 1

 

 

1

 

x 1

.

 

 

x4 1

2(x 1)

 

 

 

 

 

 

2(x2 1)

 

 

4.Разложить в сумму простейших дробей 2x 3 .

x4 x

Знаменатель дроби нужно разложить на множители

 

2x 3

 

2x 3

 

 

2x 3

 

A

 

B

 

Cx D

 

 

 

 

 

x(x 1)(x2 x 1)

 

 

 

 

x4 x x(x3

1)

 

 

x

x 1

x2 x 1

 

A(x 1)(x2

x 1) Bx(x2

x 1) (Cx D)x(x 1)

.

 

 

 

 

 

 

x(x 1)(x

2 x 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда 2x 3 A(x 1)(x2

x 1) Bx(x2

x 1) (Cx D)x(x 1).

При х = 0

 

 

 

3 3A;

A 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При х = 1

1 3B; B 1. 3

При х = –1

5 2A B 2(D C);

5 2 1 1 2(D C); 3

2(D C)

10

.

(5)

3

При х = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 7A 14B 2(2C D);

 

 

 

1

 

 

2(2C D);

 

1 7 1 14

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(2C D)

4

.

 

 

 

 

(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Объединим равенства (5) и (6) в систему и решим ее:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(D C)

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(2C D)

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сложив равенства, получим

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

2C

14

; C

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

Теперь D C

10

 

; D

7

 

 

5

; D

12

;

D 4.

6

3

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2x 3

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

7

x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак,

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4 x x

 

3(x 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По теореме 3 интегрирование всякой правильной рациональной дроби сводится к интегралам от простейших дробей четырех типов:

I.

 

dx

;

 

II.

 

dx

 

, 1;

 

 

 

 

(x a)

 

x a

 

 

 

 

III.

 

 

ax b

dx;

IV.

 

 

ax b

 

dx; 1.

 

x

2

(x

2

 

 

 

 

 

 

px q

 

 

px q)

Рассмотрим методы интегрирования этих дробей:

I.

 

 

 

dx

 

t x a;

 

 

dt

ln

 

t

 

C ln

 

x a

 

C.

 

 

 

 

 

 

 

x a

dx dt.

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 1

II.

 

 

 

dx

 

 

t x a;

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

dt

 

 

 

C

 

(x a)

dx dt.

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

C,

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 )(x

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a)

ax b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax b

 

 

III. Интегралы

 

 

 

 

dx

и

 

 

 

dx вычисляются

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 px q

 

 

 

 

 

 

 

x2 px q

аналогично. Метод их вычисления разберем на примерах.

Примеры:

1.

3x 2

dx I.

x2 2x 7

 

 

а) Выделяем полный квадрат в знаменателе:

x2 2x 7 (x2 2x 1) 1 7 (x 1)2 6;

 

I

 

3x 2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(x 1)2 6

б) Делаем замену x 1 t;dx dt; x t 1:

I

3(t 1) 2

dt

3t 5

dt.

 

 

 

t2 6

 

 

t2 6

в) Записываем интеграл в виде суммы двух интегралов. Первый вычисляем с помощью замены, второй является табличным.

 

 

 

 

 

tdt

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

t2 6 k;

 

 

 

 

 

dk

 

 

 

dt

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

t

 

 

I 3

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

dk 2tdt;

 

3

 

 

 

 

2

5

 

 

 

 

 

ln

 

k

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2 6

 

t2 6

tdt

dk

.

 

 

 

 

 

k

t2 6 2

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

ln

t

 

 

6

 

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

ln

(x 1)

 

6

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

ln(x2 2x 7)

 

 

5

 

arctg

x

1

C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

6x 2

dx

Выделяемполныйквадратвзнаменателе:

 

 

 

 

 

 

x

2 4x

x2 4x (x2

4x 4) 4 (x 2)2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

замена

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6x 2

 

x 2 t;

 

 

 

 

6(t 2) 2

6t 14

 

 

tdt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

(x 2)2

 

 

 

dx dt;

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

t2

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

t2 4

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x t 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

1

 

d(t

2

4)

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

t 2

 

 

14

 

6

2

 

 

14

 

3ln

 

t2

4

 

14

 

ln

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2 4

 

 

 

 

 

 

t2 4

 

 

t

2 4

 

 

 

 

 

 

2 2

 

t 2