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关于「分部积分的公式是什么?」

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认识概念

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分部积分将 u dvu \, dv 的积分替换为 uvuv 减去 v duv \, du 的积分。其目标是选择能使新积分更容易计算的因子。

适用条件:被积函数可以表示为两个函数的乘积。;选择的因子 uu 和 dvdv 必须分别可微和可积。

理解原因

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换元提供了分部积分公式 ∫udv=uv−∫vdu\int u dv = uv - \int v du 所需的原函数 vv。如果不通过换元计算 vv,则无法完成分部积分步骤。

适用条件:积分需要分部积分。;被积函数的一部分 (dvdv) 需要换元才能积分。;另一部分 (uu) 容易微分。

掌握方法

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该换元之所以有效,是因为 1+x41+x^4 的导数是 4x34x^3,这与被积函数 x31+x4x^3\sqrt{1+x^4} 中存在的 x3x^3 项相匹配。这使得积分可以转换为更简单的幂函数形式,从而能够计算分部积分步骤所需的原函数。

适用条件:要积分的项是 x31+x4x^3\sqrt{1+x^4}。;换元变量是 w=1+x4w = 1+x^4。;微分 dwdw 与 x3dxx^3 dx 成正比。

判断用途

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当被积函数可以拆分为两个因子的乘积,其中一个因子在微分时简化(用于分部积分),而另一个因子只能通过换元法积分时,就会结合使用这些技术。这通常发生在多项式乘以复合函数(如 axn+b\sqrt{ax^n+b})的情况。

适用条件:被积函数是两种不同类型函数的乘积。;一部分在微分时能很好地简化。;另一部分需要 u-换元才能找到其原函数。

掌握方法

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对于 ∫xex dx\int x e^x \, dx,选择 u=xu=x 和 dv=ex dxdv=e^x \, dx。这给出 du=dxdu=dx 和 v=exv=e^x。

适用条件:被积函数是 xexx e^x。;方法是分部积分。