建立數學學習的消化系統。正弦餘弦積的倒數,不定積分怎麼求?

老黃文體是一家 發佈 2022-12-24T07:39:04.223795+00:00

#頭條創作挑戰賽#老黃最近寫的都是關於大型不定積分公式推導的問題,估計很多小夥伴都已經看不下去了吧。就好像人吃太多肥肉,本身的消化系統受不了,這樣學習的效果肯定很差的。因此首先要建立好自己的消化系統。

老黃最近寫的都是關於大型不定積分公式推導的問題,估計很多小夥伴都已經看不下去了吧。就好像人吃太多肥肉,本身的消化系統受不了,這樣學習的效果肯定很差的。因此首先要建立好自己的消化系統。就像老黃這樣,雖然本身是一個很笨的人,但是通過不懈的努力,已經建立起了一套比較完善,功能相對比較強大的消化系統,因此,不僅可以理解複雜的不定積分公式,而且自己也能推導這些公式。

這次老黃想給大家分享一點比較素的,說一說「正弦餘弦積的倒數的不定積分怎麼求?」即,

求∫dx/(sinxcosx).

求這個不定積分,運用的是第一換元積分法的思想。儘管如此,它卻依然有兩種換元的方法。完全領會這兩種換元的方法,能幫助你徹底弄懂第一換元積分法的精髓。

被積函數中包含有常量函數和三角函數。因此我們可以考慮兩種換元的方法。方法一可以對常量函數換元,方法二可以對三角函數換元。

其實方法一更容易想到。因為sinxcosx=(sin2x)/2,因此這個不定積分是可以被化為餘割的不定積分形式的。而餘割的不定積分是有公式的,即∫cscudu=ln|cscu-cotu|+C. 這些公式平時多用,久而久之處自然就能記得住了。這裡為了避免和下面的積分變量發生衝突,改用u表示積分變量,其實u=2x.

第一換元積分法都有一個湊微分的過程,因為餘割是關於2x的餘割,所以微分就要湊成關於2x的微分,即利用2dx=d(2x),把積分變量化為u=2x. 說到這裡,解法一就一切都水到渠成了。

解1:原積分=∫d(2x)/sin(2x)=∫csc(2x)d(2x)=ln|csc(2x)-cot(2x)|+C.

瞧,基礎知識鞏固之後,解決問題多麼簡便。這個過程中,隱藏了第一換元積分法t=2x的應用,因此老黃稱之為「第一換元積分法的隱性應用」。接下來繼續分析解法2,關於三角函數的第一換元法怎麼做。

三角函數的換元法常見於第二換元積分法,但其實第一換元積分法也會涉及到三角函數換元的。區別在於,第一換元積分法是記t=tanx,而第二換元積分法是記x=tant.

通過觀察,可以發現,如果我們對被積函數的分子分母同時乘以cosx,那麼被積函數就可以轉化為cotx(secx)^2. 而cotx=1/tanx, (secx)^2dx=dtanx, 記t=tanx,那不就得到了一個經典的不定積分公式: ∫dt/t=ln|t|+C了嗎? 說干就干,解法2如下:

解2:原積分=∫cosxdx/(sinx(cosx)^2)=∫cotx(secx)^2dx=∫dtanx/tanx=ln|tanx|+C.

瞧!這個過程中,換元部分t=tanx同樣被隱藏起來了,也是隱性應用的一個例子。當學習者熟練第一換元積分法之後,基本上用的全是隱性應用,很少人或很少情況下會把第一換元法顯性應用出來的,那樣顯得太囉嗦了。

解法2需要比較強的觀察和思考能力。但是我們學習高數,有一方面不就是為了提高自己的觀察和思考能力的嗎?因此不要滿足於解法1的簡便,解法2同樣必須掌握哦,那樣對自己的能力提高更有幫助,才能建立起自己的消化系統。

最後,我們還可以從這兩種解法中得到一個三角函數關係,就是csc(2x)-cot(2x)和tanx有倍數關係。它們極有可能是相等的。有興趣的小夥伴可以自己推導一下,因為不是本文的重點,老黃就不繼續幫大家推導了。

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