定积分的换元法和分布积分法
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§3.3定积分换元法
π 2
0
sin n xdx = − ∫
π 2
0
sin n −1 xd (cos x )
π 2 0
= − sin n −1 x cos x
[
= (n − 1) ∫
π 2 0 π 2
]
π 2 0
+∫
cos xd (sin n −1 x )
cos 2 x sin n − 2 xdx
= (n − 1) ∫
0
8．已知 g ( x ) = ∫ t f ′( x − t )dt ，求 g′( x ) 。
0
x
g( x ) = ∫ t f ′( x − t )dt
0
x 0
x
令x−t=u
=
− ∫ ( x − u ) f ′(u )du
x
0
= ∫ ( x − u ) f ′(u )du = x
x
∫0 f ′(u )du − ∫0 uf ′(u )du
a a ∫ 0 f(− x) dx
0
f(x) dx =
+
a ∫0
f(x) dx = ∫ [ f(x) + f(− x)] dx.
0
a
续上
∴∫
a
−a
f(x) dx = ∫ [f(x) + f( − x)] dx ，
0
a
（2）∵ f ( x ) 为偶函数，即 f (− x ) = f ( x ) ，
∴∫
π 2 sin 2 t − 1 dt π sin t 6
6 cos t dt = π cos t sin t 2
∫
6 cos t dt π cos t ⋅ sin t 2
定积分的换元积分法和分部积分法
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例2 计算
x
ln 8
ln 3
1 e x dx .
ln(t2
2 td t - 1) ， dx 2 . t 1
解 令 1 e t, 则 x =
x ln3 ln8 t 2 3
于是
3
ln 8
ln 3
1 e x dx 2
3 1 2t 2 dt dt 22 1 2 2 t 1 t 1
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例13 解
计算
1
0
(arcsinx )3dx.
先换元，再分部积分.
x 0 1 令 arcsinx = t， = sin t， dx = cos tdt， 则 x ， t 0 2 1
0 2 0
于是
(arcsinx )3dx 2 t 3 cos tdt .
2 0
e 2 [e x cos x ]02 e x sin xdx
2 0
e 2 1 2 e x sin xdx
移项，解得
上一页
1 e x sin xdx (e 2 1) 2
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0
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e x dx. 例10 计算 0
1
解 先换元，后分部积分.
1
解 令 x t，则 x = t2 ，dx = 2tdt，
于是
1 2t dx 0 1 x 0 1 t dt
x 0 1 ， t 0 1
1
1 2 1 dt 0 1 t
1
2t ln | 1 t | 0 2 2 ln 2.
-定积分的换元法与分部积分法
2
x t 0, 2
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微积分
第三章 一元函数积分学
2 f (sin x)dx
0
0
2
f
sin
2
t
dt
3
2 arcsin(
ln x)
e4 e
. 6
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微积分
第三章 一元函数积分学
例4
a
计算
0 x
1
dx.
a2 x2
(a 0)
解 令 x a sin t, dx a cos tdt,
x a t , x 0 t 0,
2
原式 2
a cos t
2
2 cos5 x sin xdx 0
x 0 t 1,
0 t 5dt t 6 1 1 .
1
60 6
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微积分
第三章 一元函数积分学
例2
计算
sin3 x sin5 xdx.
0
3
解 f ( x) sin3 x sin5 x cos x sin x2
微积分
第三章 一元函数积分学
第七节 定积分的换元法与分部积分法
一、定积分的换元法 二、定积分的分部积分法 三、小结
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微积分
第三章 一元函数积分学
一、定积分的换元法
定理 假设
（1） f ( x)在[a, b]上连续；
（2）函数 x (t ) 在[ , ]上是单值的且有连续
导数；
（3）当t 在区间[ , ]上变化时， x (t ) 的值 在[a,b]上变化，且 ( ) a 、 ( ) b，
x t 0, 2
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微积分
第三章 一元函数积分学
2 f (sin x)dx
0
0
2
f
sin
2
t
dt
3
2 arcsin(
ln x)
e4 e
. 6
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微积分
第三章 一元函数积分学
例4
a
计算
0 x
1
dx.
a2 x2
(a 0)
解 令 x a sin t, dx a cos tdt,
x a t , x 0 t 0,
2
原式 2
a cos t
2
2 cos5 x sin xdx 0
x 0 t 1,
0 t 5dt t 6 1 1 .
1
60 6
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微积分
第三章 一元函数积分学
例2
计算
sin3 x sin5 xdx.
0
3
解 f ( x) sin3 x sin5 x cos x sin x2
微积分
第三章 一元函数积分学
第七节 定积分的换元法与分部积分法
一、定积分的换元法 二、定积分的分部积分法 三、小结
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微积分
第三章 一元函数积分学
一、定积分的换元法
定理 假设
（1） f ( x)在[a, b]上连续；
（2）函数 x (t ) 在[ , ]上是单值的且有连续
导数；
（3）当t 在区间[ , ]上变化时， x (t ) 的值 在[a,b]上变化，且 ( ) a 、 ( ) b，
定积分的换元法和分部积分法
f (x)dx
x = (t)
f [ (t) ] '(t) d t
a
b u d v = u vb −
b
v du
a
aa
a
aa
此公式称为定积分的分部积分公式.
例4.计算 1 x e x d x 0
0 x cos x d x
解: 1 x e x d x = 1 x d (e x )
0
0
=
x
e
x
1 0
−
1
e
x
d
x
0
=
x
e
x
1 0
−
e
x
1 0
= e − (e −1)
=1
1
例5.计算 arctan x d x 0
定积分的换元法和分部积分法
一 定积分的换元法
提出问题
对于
1
e
2x
d
x
,
令
t
=
2
x
, 即令
x
=
1
t
,则
0
2
e 2x d t = 1 e t d t = 1 e t + C = 1 e 2x + C
2
2
2
于是
1
e
0
2x
d
x
=
1 2
e
2x
1 0
=
1 (e 2
2
− 1)
分析问题
1
(t
10−
t
11
)
d
t
x = (t)
f [ (t) ] '(t) d t
a
b u d v = u vb −
b
v du
a
aa
a
aa
此公式称为定积分的分部积分公式.
例4.计算 1 x e x d x 0
0 x cos x d x
解: 1 x e x d x = 1 x d (e x )
0
0
=
x
e
x
1 0
−
1
e
x
d
x
0
=
x
e
x
1 0
−
e
x
1 0
= e − (e −1)
=1
1
例5.计算 arctan x d x 0
定积分的换元法和分部积分法
一 定积分的换元法
提出问题
对于
1
e
2x
d
x
,
令
t
=
2
x
, 即令
x
=
1
t
,则
0
2
e 2x d t = 1 e t d t = 1 e t + C = 1 e 2x + C
2
2
2
于是
1
e
0
2x
d
x
=
1 2
e
2x
1 0
=
1 (e 2
2
− 1)
分析问题
1
(t
10−
t
11
)
d
t
定积分第三节定积分的换元法和分部积分法
2
解
4
0
sin
xdx
x0 t,tx0,;dxx22t,d tt202tsitndt
42
202tdcots
2tcot0 2s202cotdst
2sint02 2
例4 计算
1 0
l(n2(1x)x2)dx.
解
1
0
l(n2(1x)x2)dx
01ln1 ( x)d2 1x
ln2(1xx)10012 1xdln1(x)
f[ ( t ) ] ( t ) dt
说明:
b
af(x)d x f[ ( t ) ] ( t ) dt
1) 当 < , 即区间换为[,]时，定理 1 仍成立 .
2) 必需注意换元必换限 , 原函数中的变量不必代回 .
3) 换元公式也可反过来使用 , 即
f[
( t ) ]
( t ) dt
b
f (x)dx
0 2 fx 1 d 0 1 x fx 1 d 1 2 x fx 1 dx
1ex1dx 21dx
0
1x
01ex1dx1121 xdx
ex 11 0ln x1 211 eln 2
二、分部积分公式
设函数u( x)、v( x)在区间a, b上具有连续
导数，则有
b
a udv
例9 计算 01xscionsx2 xdx .
解 积分区间为 0,，被积函数为 xfsixn
型，利用定积分公式⑥得
0 1 xs cix o 2x n ds x 20 1 scix o 2n xdsx
20 1c1o 2xd scoxs 2arccta oxn s 042
例11
设f
定积分的换元积分法与分部积分法
解：对 p 1,
a
dx (a 0) p x
收敛或发散
b
1
1 1 1 p 1 p 1 ( b ) x dx x p 1 p 1 p 1
p
重要的问题是b的指数是正数还是负数. 假如是
负数, 则当b趋向无穷时, b–p+1趋向于0. 若指数为
正数,则b–p+1当b趋于无穷时无界增长. 因此, 若–
a
udv uv a vdu .
a
回忆：：
定积分的分部积分公式
不定积分的分部积分公 式为 :
udv uv vdu .
例1. 计算
解: 原式 =
x arctan x
1 2
1 0
1
0
1 1 2 d (1 x ) 2 4 2 0 1 x
1 2 ln( 1 x ) 2 4 0 1 ln 2 2 4
当p>1时积分有值
1
b 1 1 1 1 p 1 b ) dx lim p dx lim ( p b p 1 b 0 x p 1 x
1 1 ( ) p 1 p 1
定理1 (比较判别法) [a,), g ( x) f ( x) 0, 设 且f ( x)， ( x)于[a,)内有界, 则 g (1) 当 a g ( x)dx 收敛时，a f ( x)dx 也收敛 ； (2) 当
1
dx 增长且无界, x
y 1 x
dx 发散. y x
1
b
dx x
0
1
b
x
2. 其它情形意义
第4节 定积分的换元法与分部积分法
4 1 0
1 0
1 x
1 0
ax dx
a 4
4
即
a
1 0
f ( x )d x
3
7/9/2013 12:56 AM
第6章
函数的积分
7. 设
f (x)
F 是连续函数， ( x ) 是 f ( x ) 的原
函数，则（ A ）
(A) (B ) (C ) (D) F 当 f ( x ) 是奇函数时， ( x ) 必是偶函数 F 当 f ( x ) 是偶函数时， ( x ) 是奇函数
dx )
8(e 2e 2
7/9/2013 12:56 AM
x
) 8(e 2 )
第6章
函数的积分
例9 设
解
f (x)
x 1
2
sin t t
2 2
dt ,
2
求
2
1
x f ( x )d x
0
f ( x ) 2 x
x f ( x )d x
2 1 0
sin x x
，
x 1
3
f ( t ) d t ln x ,
求
x 1
3
f (e ) 。
3
解
ln x
3
1
3 ( t ) d t f ( x ) f (1 ) f ( x ) f
令
u x ,
得
f ( u ) ln
3
u
1 3
ln u
f (e )
3
思考 是否还有其它方法？
1 0
1 x
1 0
ax dx
a 4
4
即
a
1 0
f ( x )d x
3
7/9/2013 12:56 AM
第6章
函数的积分
7. 设
f (x)
F 是连续函数， ( x ) 是 f ( x ) 的原
函数，则（ A ）
(A) (B ) (C ) (D) F 当 f ( x ) 是奇函数时， ( x ) 必是偶函数 F 当 f ( x ) 是偶函数时， ( x ) 是奇函数
dx )
8(e 2e 2
7/9/2013 12:56 AM
x
) 8(e 2 )
第6章
函数的积分
例9 设
解
f (x)
x 1
2
sin t t
2 2
dt ,
2
求
2
1
x f ( x )d x
0
f ( x ) 2 x
x f ( x )d x
2 1 0
sin x x
，
x 1
3
f ( t ) d t ln x ,
求
x 1
3
f (e ) 。
3
解
ln x
3
1
3 ( t ) d t f ( x ) f (1 ) f ( x ) f
令
u x ,
得
f ( u ) ln
3
u
1 3
ln u
f (e )
3
思考 是否还有其它方法？
高等数学-定积分的换元积分法与分部积分法
当 = 0时， = 0；当 = 4时， = 2.
4
2
2
2
න
= න
⋅ 2 = 2 න
0 1+
0 1+
0 1+
2
1
2
− + ( 1 + )
= 2 න ( − 1 +
) = 2
0
2
1+
0
4
= 2 − 2 + ( 1 + 2) − 1 = 2 3.
(3)()在区间[, ]（或[, ]）上有连续的导数，
且 ′ () ≠ 0，
则有
)(
=
])([ ′ ().
(5.3)
3
01 定积分的换元积分法
注 (1) (5.3)式从左往右相当于不定积分中的第二类换
元积分法，从右往左相当于不定积分中的第一类换
2
2
5
01 定积分的换元积分法
1
例2 求定积分 න
4 − 2 .
0
解 令 = 2 ，则 = 2 ，
当 = 0时， = 0；当 = 1时， =
1
න
0
6
4 − 2 = න
0
.
6
4 − 4 2 ⋅ 2
6
6
= 4 න 2 = 2 න (1 + 2 )
定积分及其应用
第3讲
定积分的换元
积分法与分部积分法
本节内容
01 定积分的换元积分法
02 定积分的分部积分法
2
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x2 1
x
2
dx
1
40
x2(1 1 x2 ) 1 (1 x2 ) dx
1
40 (1
1
x2
)dx
4
4 1 0
1 x2dx
单位圆的面积
4 .
例 7 若 f ( x)在[0,1]上连续，证明
（1） 2 f (sin x)dx 2 f (cos x)dx ;
0
0
（2）
xf (sin x)dx
1
2 0
arcsin
xdx
x
arcsin
x
1 2
0
1
2 0
1
1
1 2
2 6 20
1 d(1 x2 ) 1 x2
xdx 1 x2
12
1
1 x2
xf (sin x)dx
f (sin x)dx.
0
20
0
1
x
sin cos
x
2
x
dx
2
0
1
sin x cos2
x
dx
2
0
1
1 cos 2
x
d
(cos
x)
2
arctan(cos
x)0
( ) 2 . 2 44 4
二、分部积分公式
设函数u( x)、v( x)在区间a,b上具有连续
必象计算不定积分那样再要把(t ) 变换成原 变量 x 的函数，而只要把新变量t 的上、下限 分别代入(t ) 然后相减就行了.
例1 计算 2 cos5 x sin xdx. 0
解 令 t cos x, dt sin xdx,
x t 0,
2
2 cos5 x sin xdx 0
x 0 t 1,
导数，则有
b
a udv
uv b a
b
a vdu
.
定积分的分部积分公式
推导
uv uv uv,
b
a (
uv
)dx
b
uv a
,
uv
b a
b
a
uvdx
b
a
uvdx,
b
udv
b
uv
b
vdu.
a
aa
1
例8 计算 2 arcsin xdx. 0
解 令 u arcsin x, dv dx,
则 du dx , v x, 1 x2
0 t 5dt t 6 1 1 .
1
66
0
例2
计算
sin3 x sin5 xdx.
0
3
解 f ( x) sin3 x sin5 x cos x sin x2
sin3 x sin5 xdx
cos
x
sin
x
3
2
dx
0
0
3
2 cos xsin x2 dx
0
cos
x
sin
x
3
2
dx
3
2 sin x2 d sin x
0
2
sin
x
3
2
d
sin
x
2
sin
5
x2
2
2 sin
2 5
x2
4.
பைடு நூலகம்
5
05
5
2
3
e4
dx
例3
计算 e
x
. ln x(1 ln x)
3
解
原式 e4 e
d(ln x) ln x(1 ln x)
3
3
e4
e
d(ln x)
e4
ln x (1 ln x) 2 e
a
20 f (t)dt;
② f ( x)为奇函数，则 f (t) f (t),
a
a
f
( x)dx
0
a
f
( x)dx
a
0
f
( x)dx
0.
例6 计算 1 2x2 x cos x dx.
1 1 1 x2
解
原式
1
1
1
2x2 1
x2
dx
1
1
x cos x 1 1 x2
dx
偶函数
奇函数
1
40 1
证 设F ( x)是 f ( x)的一个原函数，
b
a f ( x)dx F (b) F (a),
(t) F[(t)],
(t) dF dx f ( x) (t) f [(t)](t),
dx dt
(t)是 f [ (t )] (t )的一个原函数.
f
[(t )](t )dt
()
(),
( ) a、( ) b,
一、定积分的换元法
定理 假设
（1） f ( x)在[a, b]上连续；
（2）函数 x (t ) 在[ , ]上是单值的且有连续
导数；
（3）当t 在区间[ , ]上变化时， x (t ) 的值 在[a,b]上变化，且 ( ) a 、 ( ) b，
则
有 b a
f
(
x)dx
f [ (t)] (t)dt .
( ) ( ) F[( )] F[( )]
F(b) F(a),
b
a
f
(
x
)dx
F
(b)
F
(a
)
(
)
(
)
f [ (t)](t)dt.
注意 当 时，换元公式仍成立.
应用换元公式时应注意:
（1）用 x (t )把变量 x 换成新变量t 时，积分限也
相应的改变.
（2）求出 f [ (t )] (t )的一个原函数(t ) 后，不
2 0
cos t dt sin t cos t
1 2
2 0
1
cos t sin t
sin cos
t t
dt
1 1 ln sin t
22 2
cos
t
2 0
. 4
例 5 当 f ( x)在[a, a]上连续，且有
① f ( x)为偶函数，则
a
a
f
( x)dx
a
20
f
( x)dx ；
0
0
（2）设 x t dx dt,
x 0 t ,
x t 0,
0
0 xf (sin x)dx ( t) f [sin( t)]dt
0 ( t) f (sin t)dt,
0 xf (sin x)dx 0 f (sin t)dt 0 tf (sin t)dt
0 f (sin x)dx 0 xf (sin x)dx,
f (sin x)dx .
0
20
由此计算
x sin x 0 1 cos2 x
dx .
证 （1）设 x t dx dt, 2
x 0 t ,
2
x t 0, 2
2 f (sin x)dx
0
0
2
f
sin
2
t
dt
2 f (cos t)dt 2 f (cos x)dx;
②
f
(
x
)
为奇函数，则
a
a
f
( x)dx
0.
证
a
0
a
f ( x)dx f ( x)dx f ( x)dx,
a
a
0
在 0 a
f
( x)dx 中令x
t,
0
a
f
( x)dx
0
a
f
( t )dt
a
0
f
( t )dt ,
① f ( x)为偶函数，则 f (t) f (t),
a
0
a
a f ( x)dx a f ( x)dx 0 f ( x)dx
3
2 arcsin(
ln x)
e4 e
. 6
d ln x 1 ( ln x)2
例4
a
计算
0 x
1
dx.
a2 x2
(a 0)
解 令 x a sin t, dx a cos tdt,
x a t , x 0 t 0,
2
原式 2
a cos t
dt
0 a sin t a2 (1 sin2 t)