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这个不定积分公式变更莫测,但很多人只知道它的递推方式 ...

2023-3-28 13:25| 发布者: fuwanbiao| 查看: 368| 评论: 0

摘要: 余弦的整数幂,与正弦的整数幂的积的不定积分,是一个相当复杂的积分公式。而且它会有十分多的变更,说它变更莫测一点也不为过。很多人都只看到高数教材上的递推方式,并且以为,控制了递推方式就足够了。假如这样想 ...

余弦的整数幂,与正弦的整数幂的积的不定积分,是一个相当复杂的积分公式。而且它会有十分多的变更,说它变更莫测一点也不为过。很多人都只看到高数教材上的递推方式,并且以为,控制了递推方式就足够了。假如这样想的话,数学是很难学好的。

这个不定积分公式变更莫测,但很多人只知道它的递推方式 ...


老黄这篇文章先给大家引见它的递推方式是怎样来的,再大约给大家引见一下,它有哪些变更方式。以后有机遇,再把各种变更方式的公式最终形态推导出来分享给大家。


将推导公式整理成高数证明题的方式如下:


若I(m,n)=∫(cosx)^m*(sinx)^ndx,则当m+n≠0时,证明:


I(m,n)=(cosx)^(m-1)*(sinx)^(n+1)/(m+n)+(m-1)/(m+n)*I(m-2,n)


=-(cosx)^(m+1)*(sinx)^(n-1)/(m+n)+(n-1)/(m+n)*I(m,n-2).

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这里面其实是有两个公式的,先证明第一个公式。首先,我们能够应用cosx=cotx*sinx,把被积函数化为如下方式:

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其中的(sinx)^(m+n-1)*cosxdx=1/(m+n)*d(sinx)^(m+n),这完整是式子中的分母给的启示:

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然后运用分部积分公式:

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前面的分式就能够化成公式右侧的分式方式了,然后面的不定积分,把微分求出来:

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最后的不定积分就是I(m-2,n)了。

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再证第二个公式时,能够和上面同理,不外重复运算对老黄来说,太单调,所以老黄变个把戏。先应用(cosx)^mdx=-1/(m+1)* d(cosx)^(m+1):

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然后运用分部积分法:(这个公式十分重要,一定要控制)

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再把后面的积分中微分部分求出来:

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应用(cosx)^2=1-(sinx)^2,可化成下面的方式:

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这是一个关于I(m,n)的方程,移项兼并同类项得:

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分母能够约掉,然后化系数为一,就得到:

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这就完成了对递推公式的证明。按下来解一道简单例题:


例:求∫(cosx)^2(sinx)^4dx.


我们有两个公式能够选择:

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选择第一个公式得到:

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后面的积分运用正弦的正整数幂公式,可处置:

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选择第二个公式得到:(对比一下结果的优劣)

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很明显,用这种措施并不能直接得到结果。所以还需求对后面的不定积分再次运用公式,这里省略掉这一步,直接写出结果是:

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我们能够看到,处置这类问题,至少有两种措施,四种状况。这两种措施是分别应用公式对cosx或sinx中止降幂处置,不时降到0次幂,就能够运用正弦或余弦的正整数幂公式来处置;假如降到1次幂,就能够中止凑微分,化成关于正弦或余弦的幂函数的不定积分去处置。假如你喜欢,也能够对它们交错中止降幂,有点赛车道上开波浪线快车的觉得。


这类问题的变更很多的,上面所说的只是普通措施,细致的问题,可能需求用到细致的措施,好比下面这道练习题:


练习:求∫(cosx)^4*(cotx)^2dx.


它看起来似乎不属于这类问题,不外我们能够把它转化成这类问题:

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能够看到,这里呈现了负指数,怎样办?没有关系,递推公式没有规则不能是负整数,因而还是运用公式。这里选择第一个公式,连化两次,得到:

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往常m+n=0,不契合公式了,怎样办?其实这时被积函数能够化为余切(有时也可能是正切)的正整数幂的方式:

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余切的平方的不定积分公式并不难记,直接运用起来。就算次数高,老黄上一篇文章也有分享过正切或余切的正整数幂的积分公式,直接运用就能够了。

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本文的一切结果都曾经过老黄的检验,正确无误。那么你能自己推导出各种状况下的最终公式方式吗?



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