分部積分法

分部積分法

分部積分法是微積分學中的一類重要的、基本的計算積分的方法。它是由微分乘法法則微積分基本定理推導而來的。它的主要原理是將不易直接求結果的積分形式,轉化為等價的易求出結果的積分形式的。常用的分部積分的根據組成被積函式的基本函式類型,將分部積分的順序整理為口訣:“反對冪指三”。分別代指五類基本函式:反三角函式對數函式冪函式、指數函式、三角函式的積分。

基本介紹

  • 中文名分部積分法
  • 外文名:Integration by parts
  • 原理:乘積函式求微分法則的逆用
  • 基本函式:五類基本函式
  • 科目:高等數學
  • 數學分支:數學分析原理
  • 套用學科:數學
公式推導,四種典型模式,模式一,模式二,模式三,模式四,定積分,示例,

公式推導

分部積分法:設
是兩個關於
的函式,各自具有連續導數
,且不定積分
存在,按照乘積函式求微分法則,則有
存在,且得分部積分公式如下
證明:由
對上式兩邊求不定積分,即得分部積分公式,也將其簡寫為
如果將
用微分形式寫出,則亦可得出
上兩式就把
的積分轉化為
的積分,即將複雜的被積函式簡單化。
例如,要求
,則依分部積分法則,令
如此
則按上述公式有

四種典型模式

一般地,從要求的積分式中將
湊成
是容易的,但通常有原則可依,也就是說不當的分部變換不僅不會使被積分式得到精簡,而且可能會更麻煩。分部積分法最重要之處就在於準確地選取
,因為一旦
確定,則公式中右邊第二項
中的
也隨之確定,但為了使式子得到精簡,如何選取
則要依
的複雜程度決定,也就是說,選取的
一定要使
比之前的形式更簡單或更有利於求得積分。依照經驗,可以得到下面四種典型的模式。記憶模式口訣:反(函式)對(數函式)冪(函式)三(角函式)指(數函式)。

模式一

通過對
求微分後,
中的
更加簡潔,而
的類型相似或複雜程度相當。
例如,對於形如
的不定積分(其中
多項式),由於對多項式求微分可以降次,且三角函式或指函式的積分則較容易求得,所以可以令
,而將另一個函式看成
通過分部求得積分。
例如
首先,
對該式第二項再按此模式進行分部積分,得
故原式

模式二

通過對
求微分使得它的類型與
的類型相同或相近,然後將它們作為一個統一的函式來處理。例如對形如
等的積分,總是令
,則
則為一個
次的多項式,另一個函式(
等)看成
。通過分部積分,很容易求出不定積分。
例如,求
而該式第二項為
故原積分式

模式三

利用有些函式經一次或二次求微分後不變的性質,通過一次或二次分部積分後,使等式右端再次產生
,只要它的係數不為1,就可以利用解方程的方法求出原積分
例如,對於積分
按法則對他們進行分部積分得
這樣,所求積分均由另一個積分所表示出來,將這兩式相加和相減(即解方程)得到所求積分表達式
以及
這兩個通用表達式就可以求出該類型的所有積分式,比如

模式四

對某些形如
不定積分,利用分部積分可降低
的次數,求得遞推公式,然後再次利用遞推公式,求出
例如,對於積分
時,
時,
而該式的第二項又可變換為
將其帶入上式,則得到
最後,得到統一的遞推關係式

定積分

不定積分的分部積分法一樣,可得
簡寫為
例如

示例

例1
例2
回代即可得到
的值。

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