انتگرال نامعین (توابع اصم)

آخرین ویرایش: 06 اسفند 1402
دسته‌بندی: انتگرال
امتیاز:

انتگرال گیری از توابع اصم

حالت اول

انتگرال توابعی که به‌صورت fx  ,  xmn  ,  ...  ,  xpq می‌باشد را در نظر بگیرید که در آن f تابعی گویا از xpq و xmn  و x است و m و n و ... و p و q اعداد صحیح هستند. 

برای محاسبه انتگرال چنین توابعی فرض می‌کنیم k کوچک‌ترین مضرب مشترک n و .... و q باشد، پس با تغییر متغیر x1k=t یا x=tk محاسبه انتگرال تابع غیر گویا به محاسبه انتگرال گویا تبدیل می‌شود.

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫x+x23+x6x1+x3.  dx

I=∫x+x23+x6x1+x3.  dx=∫x+x 23+x 16x+x.x 13  dx=∫x+x 23+x 16x1+x 43


کوچک‌ترين مضرب مشترک بين 1,6,3 یعنی k=6 را انتخاب کرده و تغيير متغير زير را انجام می‌دهيم:

x 16=t⇒x=t6⇒dx=6t5  dt


I=∫x+x 23+x 16x1+x 43

⇒I=∫t6+t6 23+t6 16t6+t6 43⋅6t5  dt

⇒I=∫t6+t4+tt6+t8⋅6t5 dt⇒I=6∫t6+t4+tt5t61+t2⋅ dt

⇒I=6∫t5+t3+11+t2  dt    ;    t5+t3+11+t2=t3+1t2+1

⇒I=6∫t5+t3+11+t2 dt⇒I=6∫t3+1t2+1  dt⇒I=6∫t3 dt+6∫1t2+1  dt⇒I=64t4+6Arctant+c

⇒I=32x 164+6Arctanx16+c

دریافت مثال

حالت دوم

انتگرال توابع غیر گویا که به‌صورت زیر است:

fx  ,  ax+bcx+dmn  ,  ....  ,  ax+bcx+dpq

از تغییر متغیر ax+bcx+d1k=t  استفاده می‌کنیم که در آن k کوچک‌ترین مضرب مشترک n و .... و q می‌باشد.   

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫11+x1−x2  dx

1−x2=1−x1+x=1−x1−x1+x1−x=1−x21+x1−x=1−x1+x1−x


I=∫11+x1−x2  dx⇒I=∫11−x21+x1−x  dx

⇒I=∫11−x21+x1−x 12  dx    ;    A

⇒I=∫1−x2.t. dt1−x2 t⇒I=∫dt⇒I=t+c⇒I=1+x1−x+c


 A   :  1+x1−x12=t⇒x+11−x=t2⇒21−x2  dx=2t  dt⇒dx=1−x2.t.  dt

دریافت مثال

حالت سوم

متغیرهای اویلری

انتگرال توابع غیر گویا که به‌صورت زیر می‌باشد:

fx  ,  ax2+bx+c

این تابع در موارد زیر می‌تواند به یک تابع گویا تبدیل شود.

الف- به ازای a>0 تغییر متغیر زیر را در نظر  می‌گیریم:

ax2+bx+c=t±xa

تابع فوق به‌صورت زیر به یک تابع گویا تبدیل می‌شود:

ax2+bx+c=t±xa

⇒ax2+bx+c=t±xa2

⇒ax2+bx+c=t2±2txa+ax2

⇒bx+c=±2txa+t2

⇒x=t2−cb∓2ta

در این‌صورت عبارت ax2+bx+c به‌عبارتی برحسب t به‌صورت زیر تبدیل می‌شود:

ax2+bx+c=t±xa⇒ax2+bx+c=t±t2−cb∓2taa

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫1x2+4  dx

a=1>0x2+4=t−x1⇒x2+4=t−x⇒x2+4=t−x2⇒x2+4=t2−2tx+x2⇒4=t2−2tx

⇒2tx=t2−4⇒x=t2−42t⇒dx=t2+42t2  dt


x2+4=t−x=t−t2−42t=2t2−t2+42t=t2+42t


I=∫1x2+4  dx⇒I=∫ t2+42t2 t2+42t  dt⇒I=∫2t⋅t2+42t2t2+4  dt⇒I=2∫1t  dt⇒I=2Lnt+c⇒I=2Lnx2+4+x+c

دریافت مثال

ب- به ازای c>0 تغییر متغیر ax2+bx+c=xt±c را در نظر می‌گیریم.

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫1−1+x+x22x21+x+x2  dx


x2+x+1=xt+1⇒x2+x+1=xt+12⇒x2+x+1=x2t2+2xt+1

⇒x2t2+2xt−x2−x=0⇒x2t2−1+x2t−1=0⇒xt2−1x+2t−1=0

⇒x=0t2−1x+2t−1=0⇒x=1−2tt2−1⇒dx=2t2−2t+2t2−12  dt


I=∫1−1+x+x22x21+x+x2  dx⇒I=∫1−xt+12x2xt+1.dx

⇒I=∫1−1−2tt2−1t+121−2tt2−121−2tt2−1t+1×2t2−2t+2t2−12  dt


⇒I=2∫t21+t2  dt⇒I=2∫1−11+t2  dt⇒I=2∫dt−2∫1t2+1  dt⇒I=2t−2Arctant

⇒I=2⋅x2+x+1−1x−2Arctanx2+x+1−1x+c

دریافت مثال

ج- هرگاه معادله ax2+bx+c=0 دارای دو ریشه α و β باشد، آن‌گاه:

ax2+bx+c=ax−αx−β

در این‌صورت با تغییر متغیر ax2+bx+c=x−αt انتگرال را به‌صورت زیر حل می‌کنیم:

ax2+bx+c=x−αt

⇒ax2+bx+c=x−αt2

⇒ax2+bx+c=x−α2t2

⇒ax−αx−β=x−α2t2

⇒ax−β=x−αt2

⇒x=aβ−αt2a−t2

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫1x2+3x−4  dx

x2+3x−4=x−1x+4x2+3x−4=x+4t⇒x−1x+4=x+4t⇒x−1x+4=x+4t2⇒x−1=x+4t2⇒x−1=xt2+4t2⇒xt2−x=−1+4t2

⇒xt2−1=−1+4t2⇒x=1+4t21−t2⇒dx=10t1−t22  dt


x2+3x−4=x+4t=4t2+11−t2+4t=5t1−t2


I=∫1x2+3x−4  dx⇒I=∫10t1−t22. dt5t1−t2⇒I=2∫11−t2  dt⇒I=Ln1+t1−t+c⇒I=Ln1+x−1x+41−x−1x+4+c

دریافت مثال

حالت چهارم

چون در اغلب مواقع، تغییر متغیرهای اویلری باعث زحمت و کندی محاسبه می‌شوند، لذا اگر روش دیگر و ساده‌تری برای محاسبه انتگرال پیدا نکردیم از تغییر متغیرهای اویلری استفاده می‌کنیم.

برای محاسبه انتگرال های ∫Rx  ,  ax2+bx+c  dx روش‌های ساده‌تری به‌صورت زیر به‌کار برده می‌شود:

الف- انتگرال I=∫Mx+Nax2+bx+c  dx را با تغییر متغیر x+b2a=t به‌صورت زیر می‌نویسیم:

I=M1∫tat2+k  dt+N1∫1at2+k

  • که در آن K و M1 و N1 ضرایب جدید هستند.
  • انتگرال اولی به یک انتگرال از تابع نمایی تبدیل می‌شود.
  • انتگرال دومی اگر a>0 به انتگرال از تابع لگاریتمی و اگر k>0 و a<0 به‌صورت Arcsinx در می‌آید. 

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

I=∫5x+4x2+2x+5  dx

t=x+b2a⇒t=x+22×1⇒t=x+1⇒dt=dxx=t−1


I=∫5x+4x2+2x+5  dx

⇒I=∫5t−1+4t−12+2t−1+5  dt

⇒I=∫5t−1t2+4  dt

⇒I=5∫tt2+4  dt−∫1t2+4  dt

⇒I=5t2+4−Lnt+t2+4

⇒I=5x+12+4−Lnx+1+x+12+4+c


یادآوری)

∫1u2±a2  du=Lnu+u2±a2

دریافت مثال

ب- انتگرال ∫pmxax2+bx+c  dx که pmx یک چندجمله‌ای از درجه m است که با فرمول کاهشی زیر قابل محاسبه است:

∫pmxax2+bx+c  dx=pm−1xax2+bx+c+k∫1ax2+bx+c  dx

که در فرمول بالا pm-1x یک چندجمله‌ای از درجه m-1 است و k یک عدد ثابت است.

برای تعیین ضرایب pm-1x و عدد ثابت k از روش ضرایب مجهول استفاده می‌کنیم.

تمرین

انتگرال زير را محاسبه کنيد.

∫x3−x−1x2+2x+2  dx

pm−1x=Ax2+Bx+c


∫x3−x−1x2+2x+2  dx=Ax2+Bx+C.x2+2x+2+k∫1x2+2x+2  dx


از طرفين عبارت بالا مشتق می‌گيريم:

∫x3−x−1x2+2x+2  dx'=Ax2+Bx+C.x2+2x+2+k∫1x2+2x+2  dx'

⇒x3−x−1x2+2x+2=2Ax+Bx2+2x+2+2x+22x2+2x+2.Ax2+Bx+C+k1x2+2x+2


پس از مخرج مشترک گرفتن و هم ارز قرار دادن متغیرهای A,B,C,K محاسبه می‌شود:


x3−x−1≡22Ax+Bx2+2x+2+Ax2+Bx+c2x+2+2k


I=∫x3−x−1x2+2x+2  dx

⇒I=Ax2+Bx+C.x2+2x+2+2k∫1x2+2x+2  dx

⇒I=Ax2+Bx+C.x2+2x+2+2k  Lnx+1+x2+2x+2+c

دریافت مثال

ج- انتگرال ∫1x−αmax2+bx+c  dx را با تغییر متغیر x−α=1t به انتگرال حالت قبل تبدیل می‌کنیم.

دریافت مثال

خرید پاسخ‌ها

انتگرال نامعین (توابع اصم)

7,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید