不定积分形式待定法

不定积分形式待定法

定理

情况一:

对于 f(x)g2(x)\ddx 型,存在 h(x) ,使得

f(x)g2(x)\ddx=h(x)g(x)+C

其中 f(x)=h(x)g(x)h(x)g(x) h(x) 要通过具体的等式结构另求出.

情况二:

对于 f(x)eg(x)\ddx 型,存在 h(x) ,使得

f(x)eg(x)\ddx=h(x)eg(x)+C

其中 f(x)=h(x)+h(x)g(x) ,同样 h(x) 要通过具体的等式结构另求出.

例题 1

求不定积分 esinxsin2x(1sinx)2\ddx.

解答

f(x)=esinxsin2x, g(x)=1sinx ,由

f(x)=h(x)g(x)h(x)g(x)=h(x)h(x)sinx+h(x)cosx

h(x)=Aesinx ,那么 h(x)=Acosxesinx ,所以

h(x)h(x)sinx+h(x)cosx=Asinxcosxesinx=A2sin2xesinx=esinxsin2x

解得 A=2 ,所以 h(x)=2esinx.

原式=2sinxcosxesinx(1sinx)2\ddx=2esinx(cosx)(1sinx)+2cosxesinx(1sinx)2\ddx=h(x)(1sinx)(1sinx)h(x)(1sinx)2\ddx=\dd(h(x)1sinx)=2esinx1sinx+C.

例题 2

x2\ddx(xsinx+cosx)2.

解答:法一

注意到 1=sin2x+cos2x ,所以

原式=x2(sin2x+cos2x)\ddx(xsinx+cosx)2=x2cos2xxsinxcosx(xsinx+cosx)2\ddx+x2sin2x+xsinxcosx(xsinx+cosx)2\ddx=xcosx(xcosxsinx)(xsinx+cosx)2\ddx+xsinx\ddxxsinx+cosx=(sinxxcosx)\dd(1xsinx+cosx)+xsinxdxxsinx+cosx=sinxxcosxxsinx+cosxxsinx\ddxxsinx+cosx+xsinx\ddxxsinx+cosx=sinxxcosxxsinx+cosx+C.

解答:法二

f(x)=x2, g(x)=xsinx+cosx ,由

f(x)=h(x)g(x)h(x)g(x)=h(x)(xsinx+cosx)h(x)xcosx=x2=x2(sin2x+cos2x)

h(x)=Axasinx+Bxbcosx ,那么 h(x)=Aaxa1sinx+Axacosx+Bbxb1cosxBxbsinx
代入上式,对比系数得 A=1,a=0,B=1,b=1 ,于是 h(x)=sinxxcosx

原式=x2sin2x+x2cos2x(xsinx+cosx)2\ddx=xsinx(xsinx+cosx)xcosx(sinxxcosx)(xsinx+cosx)2\ddx=h(x)(xsinx+cosx)h(x)(xsinx+cosx)(xsinx+cosx)2\ddx=\dd(h(x)xsinx+cosx)=sinxxcosxxsinx+cosx+C.

例题 3

x2+6(xcosx3sinx)2\ddx.

解答:法一

f(x)=x2+6, g(x)=xcosx3sinx ,由

f(x)=h(x)g(x)h(x)g(x)=h(x)(xcosx3sinx)+h(x)(xsinx+2cosx)(x2+6)\qty(sin2x+cos2x)=h(x)(xcosx3sinx)+h(x)(xsinx+2cosx)

可知, h(x) 中存在 xsinx 项和 3cosx ; h(x) 中存在 xcosx 项和 2sinx ,于是不妨取
h(x)=xsinx+3cosx
故原积分等于 xsinx+3cosxxcosx3sinx+C ,经检验该函数是原积分的原函数.

解答:法二

运用 sin2x+cos2x=1 ,则有

I=\qty(x2+6)\qty(sin2x+cos2x)(xcosx3sinx)2\ddx=|x32x||cosxsinxsinxcosx|\ddx(xcosx3sinx)2=|xcosx3sinxxsinx+3cosx2cosxxsinx2sinx+xcosx|\ddx(xcosx3sinx)2=2sinx+xcosxxcosx3sinx\ddx+(xsinx+3cosx)(2cosx+sinx)(xcosx3sinx)2\ddx

注意到 \dvx(xcosx3sinx)=(2cosx+xsinx) ,故可对上式第二个积分利用分部积分公式,得

I1=(xsinx+3cosx)(2cosx+sinx)(xcosx3sinx)2\ddx=(xsinx+3cosx)\dd(1xcosx3sinx)=xsinx+3cosxxcosx3sinx\dd(xsinx+3cosx)xcosx3sinx=xsinx+3cosxxcosx3sinxxcosx2sinxxcosx3sinx\ddx

所以 I=xcosx2sinxxcosx3sinx+I1=xsinx+3cosxxcosx3sinx+C.