定积分换元法
定积分换元法
sqrt{x}$。
练习二：求解微分方程
总结词
将微分方程转化为可积分的定积分形式
详细描述
通过求解微分方程的练习，学生可以学会将微分方 程转化为可积分的定积分形式，进一步利用定积分 换元法求解。
练习题目示例
求解微分方程 $y' = frac{1}{x}$，其中 $y(1) = 2$。
练习三：求解物理问题中的定积分
定积分换元法的应用场景
几何意义
定积分换元法在几何上可用于计算曲线下面积、旋转体体积等问题。通过换元，可以将不规则图形转化为规则图形， 便于计算。
物理应用
在物理问题中，定积分换元法常用于解决与速度、加速度等物理量相关的积分问题，如物体运动轨迹、力做功等问题 。通过换元，可以将物理量之间的关系转化为更易于理解的形式。
根式换元法
总结词
根式换元法是通过引入根式来简化定积分计算的一种方法。
详细描述
根式换元法通常用于处理形如$int frac{1}{sqrt{x}} dx$的积分。通过令$x = t^2$，可以将积分转化为 $int frac{1}{t} dt$，进一步简化计算。
倒代换法
总结词
倒代换法是通过引入倒数变量来简化定积分计算的一种方法。
总结词
运用定积分换元法解决物理问题
详细描述
通过求解物理问题中的定积分的练习，学生可以学会运用定积分换 元法解决实际问题，加深对物理概念和公式的理解。
练习题目示例
求地球同步卫星的高度（已知地球半径和重力加速度）。
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定积分换元法
• 引言 • 定积分换元法的基本原理 • 定积分换元法的实例 • 定积分换元法的注意事项 • 定积分换元法的应用练习
理学定积分的换元法
例
计算
1
0
1 x2 d x .
令 x sin t
解 先用不定积分求被积函数的一个原函数：
1
x2
dx
cos2
tdt
1 2
(1 cos 2 t)d t
t sin 2 t C 1 arcsin x 1 x 1 x2 C
24
2
2
由牛顿 ——莱布尼兹公式，得
1
0
1 x2 d x 1 arcsin x 1 x
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
xsin
x
3
2
dx
3
2 sin x2 d sin x
0
2
sin
x
3
2
d
sin
x
2
sin
5
x 2
2
F (b) F (a) F[( )] F[( )]
(t) (t)
5
(t) (t)
说明:
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
(t) (t)
b
a f ( x)d x
(令 x (t))
dx
x t
0( d t ) .
0
19
例 A.
cos105
定积分的换元法
解 原式 = ∫1
偶函数
奇函数
= 4 ∫0
1
2 2 x2 1 x (1 1 x ) dx = 4 ∫ dx 2 2 0 1+ 1 x 1 (1 x )
2
= 4 ∫0 (1 1 x )dx = 4 4 ∫0
= 4 π.
1
1
1 x 2 dx
单位圆的面积
命题: 设 f ( x )是以正数T为周期的周期函数, 则 命题:
π 2 0
处处连续,证明: 例 8.设 f ( x ) 处处连续,证明: 设
∫
a 0
1 a2 x 3 f ( x 2 )dx = ∫ xf ( x )dx ( a > 0 ) . 2 0
t
x 2 =常数变易法 作辅助函数 证法 1:用换元法,令 ——常数变易法.作辅助函数 :用换元法, 看作变量—— t ,则 证法 2:将 a 看作变量——常数变易法 :
上变化, 在[a , b]上变化,且 (α ) = a , ( β ) = b ,
则 有 ∫a f ( x )dx = ∫α f [ ( t )] ′( t )dt .
b
β
证
的一个原函数, 设 F ( x ) 是 f ( x ) 的一个原函数 ,
∫a f ( x )dx = F (b) F (a ),
由此计算
∫
2 0
π π
x sin x π π sin x sin x dx = dx dx. ∫0 2 2 sin x + x 1 + cos cos x 2 1 + cos x
1 π π π π d (cos x ) = [arctan(cos x )]0 = ∫ 2 0 1 + cos 2 x 2
定积分的换元积分法
2t ln | 1 t | 2 4 2ln 3. 0
补例 计算 ln8 1 ex dx. ln 3
解令
1ex t,
则
x
=
ln(t2
-
1)
， dx
2tdt t2 1
.
x ln3 ln8
t23
于是
ln8 ln 3
1 ex dx
3 2t 2 dt 2 t2 1
2
3 1 2
t
2
1
1
dt
3
2 t
1 2
ln
t t
1 1
2
2 ln 3 . 2
4.3.2 定积分的分部积分法
设函数 u = u(x)， v = v(x) 在区间 [a, b] 上具
有连续导数， 即 u = u(x)， v = v(x) 连续，由不 定积分的分部积分法， 得
64 32
试比较下列例题的两种解题方法：
2 xex2 dx 0
换元
令tx2 , xdx 1 dt 2
1
4 et dt
2 当x0时,t=0,当x2时,t 4 0
2 xex2 dx 0
1 2 ex2 dx2（凑微分） 20
1 ex2 2
1 et 4
当 x 0时,t 0,当x 1时,t
6 由定积分的换元积分法，得
1
4 x2 dx 2 6
1 sin2 t 2 cos tdt 4 6 cos2 tdt
0
0
0
4
6
定积分的二种换元法及其应用
定积分的二种换元法及其应用
一、换元法：
1、等价换元法：即将原有的积分值与另一种积分值进行相互转换，使得两者
之间的价值相同。
例如：将100点A积分换成50点B积分，即100A=50B。
2、定量换元法：即在固定的量上进行转换，使得不同的积分之间能够保持一
定的价值关系。
例如：将1A=2B, 则100A=200B。
二、应用：
1、企业顾客奖励方面应用广泛。
企业通常会采用不同形式的奖励来酬谢忠诚
的顾客。
通过采用不同形式的奖励来衡量顾客对企业所作出的贡献大小是很有必要的。
而通过采用换元法可以使得不同形式的奖励能够保持一定的价值关系；
2、在旅行回馈方面也有应用。
旅行回馈是旅行者在出差或旅行中所获得回馈
物品或服务所对应的数字化标准化代币体系。
通过采用不同形式的回馈来衡量旅行者对旅行所作出贡状大小也是很有必要性的。
考虑到不同形式回馈之间存在差异性；此时可以选择采用换元法来使得不吓当前式回馈能够保护一定价值关系。
定积分的换元法
换元法的步骤
确定换元变量
根据定积分的被积函数和积分限，选择合适 的换元变量。
计算新定积分
将原定积分的积分变量替换为新变量，并计 算新定积分的值。
建立新变量与原变量的关系
根据选择的换元变量，建立新变量与原变量 的关系式。
还原原定积分
将新定积分的值还原为原定积分的值。
换元法的应用范围
简化计算
通过换元法，可以将复杂的定积分转化为简单 的定积分，从而简化计算过程。
解决特殊问题
对于一些特殊形式的定积分，通过换元法可以 找到更有效的求解方法。
推广定理
换元法还可以用于推广某些定积分的定理和性质。
03
定积分的换元法实例分析
三角函数换元法
总结词
通过将自变量替换为正弦或余弦函数，可以将原函数转化为易于积分的三角函数形式。
详细描述
假设被积函数为$f(x)$，选择一个角$\theta$，使得$x = \cos\theta$或$x = \sin\theta$，将原函数转化为关 于$\theta$的三角函数形式，再利用正弦或余弦函数的性质进行积分。
详细描述
假设被积函数为$f(x)$，选择一个变量$t$，使得$x = e^t$，将原函数转化为关于$t$的指数函数形式 ，再利用指数函数的性质进行积分。
04
定积分的换元法在解题中的应用
利用换元法求定积分
三角换元法
对于形如$\int \sqrt{a^2 - b^2} dx$的 定积分，可以令$x = a\cos\theta, y = b\sin\theta$进行换元，化简为$\int \sqrt{a^2 - b^2} d\theta$的定积分。
06
定积分的换元法的应用前景与发 展趋势
定积分换元积分法的不同换元方法
一、定积分的换元积分法概述定积分的换元积分法是计算定积分的一种重要方法，其主要思想是通过变量替换的方式将原积分转化为一个更容易求解的形式。
这种方法在解决复杂的定积分问题时具有较大的实用价值，因此对于不同的换元方法的掌握和熟练应用显得尤为重要。
二、常见的换元方法在定积分的换元积分法中，常见的换元方法包括但不限于以下几种：1. 第一类换元法：直接代入法直接代入法是指直接将被积函数中的某一个部分用一个变量表示并进行代入的方法。
通常适用于被积函数较简单的情况，能够将原积分转化为一个更容易处理的形式。
2. 第二类换元法：三角代换法三角代换法是指通过选取合适的三角函数来进行变量替换，将原积分转化为三角函数的积分形式。
这种方法通常适用于出现平方根和平方项时的情形，通过选择合适的三角函数可以使原积分变得更加简单。
3. 第三类换元法：指数代换法指数代换法是指通过选取适当的指数函数进行变量替换，将原积分转化为指数函数的积分形式。
这种方法通常适用于出现指数函数和对数函数时的情形，能够将原积分化为更容易处理的形式。
4. 第四类换元法：倒代换法倒代换法是指通过选取合适的变量倒数进行变量替换，将原积分从一个区间转化为另一个区间或者将原积分中的除法项转化为乘法项。
这种方法通常适用于变量之间的换元关系为倒数关系的情形，能够简化原积分的形式。
三、不同换元方法的选用原则在实际应用中，选择合适的换元方法是十分重要的。
一般而言，可以根据以下原则进行选择：1. 根据被积函数的形式选择当被积函数具有特定的形式时，可以根据不同的形式选择对应的换元方法。
如当被积函数中出现三角函数时，可以考虑使用三角代换法；当被积函数中出现指数函数时，可以考虑使用指数代换法。
2. 根据逆变换的便捷性选择在选择换元方法时，通常也要考虑逆变换的便捷性。
换元后新的积分形式是否容易转化回原来的变量，这将影响到最终的计算复杂程度。
3. 根据积分区间的选择当积分区间发生变化时，可以考虑使用倒代换法将原积分转化为更便于处理的形式，从而简化计算过程。
定积分换元法
∫a
a +T
f ( x )dx = ∫ f ( x )dx
0
T
a为任何常数 .
周期函数在任何长为一周期的 这个公式就是说： 这个公式就是说： 区间上的定积分都相等. 区间上的定积分都相等 (留给同学证 留给同学证) 留给同学证
二、小结
定积分的换元法
∫a f ( x )dx = ∫α
b
β
f [ϕ ( t )]ϕ ′( t )dt
a
∫
定积分的换元法和分部积分法
换元积分 还可以证明一些定积分等式 通常 还可以证明一些定积分等式, 被积函数的变化和积分区间变化来确定变换 来确定变换. 由被积函数的变化和积分区间变化来确定变换 几个关于奇、 几个关于奇、偶函数及周期函数的定积分 的例子. 的例子 例 设f ( x )在区间[ − a , a ]上可积 , 则
π
π
0
= ∫ (π − t ) f (sin t )dt
0
π
t t t = ∫ π f (sin t )dt − ∫ x f (sinx)dx 0 0 π π π ∴ ∫ xf (sin x )dx = ∫ f (sin x )dx . 0 2 0
π
定积分的换元法和分部积分法
∫0 xf (sin x )dx = 2 ∫
π
π2
x sin x 说明:尽管 说明 尽管 ∈ C [0, π ], 但由于它没有 2 1 + cos x 公式求得. 公式求得 初等原函数, 故此积分无法直接用N--L公式求得 初等原函数 故此积分无法直接用
定积分的换元法和分部积分法
周期函数的定积分公式
如果 T是连续函数 f ( x )的周期, 则
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定积分换元法
1、先做这个题
这个题用一般的方法是无法解出来的，因为不知道到底哪个函数求导后是。
我们可以设x=a*sin t，要x从0取到a，只要t从0取到π/2就行。
现在就用a*sin t代替x。
那么，就有
求导数等于cos（2t）的函数是很容易求出来的。
结果为
总结：所谓的换元思想，就是替换。
x既可以理解成一个自变量，也可以理解成一个函数。
这个例题中把它当成自变量不好解，就尝试把它看成是一个函数。
这个函数是你自己可以编的。
你可以用x=a*cos t（-π/2<t<0）替换也行。
或者，
x=t²（（当然，因为这样并不能将开出来，所以虽然换元没问
题，但开不出来也没用）
将一个自变量自己编为一个合适的函数，这就是第一类换元法
2、再看一个题目
这个题目，Sin xdx=-dcos x的。
于是有
这里把cos x看成了一个整体，相当于，把整个函数看成了一个自变量。
即t=cos x ，根据x从0取π时，t从1取到0。
将整体看成一个自变量，这就是第二类换元法。
再看一下标准的定理：
正向是第一类，逆向是第二类。
应该能理解了。
就是把单独的变量看成一个整体和把整体看成一个变量的事。
注意好积分号的上下限。