-
Thông tin
-
Hỏi đáp
Các phương pháp tìm Nguyên hàm – Nguyễn Đình Sỹ Toán 12
Các phương pháp tìm Nguyên hàm – Nguyễn Đình Sỹ Toán 12 được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn học sinh cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Chương 3: Nguyên hàm - Tích phân và ứng dụng 197 tài liệu
Toán 12 3.8 K tài liệu
Các phương pháp tìm Nguyên hàm – Nguyễn Đình Sỹ Toán 12
Các phương pháp tìm Nguyên hàm – Nguyễn Đình Sỹ Toán 12 được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn học sinh cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Chủ đề: Chương 3: Nguyên hàm - Tích phân và ứng dụng 197 tài liệu
Môn: Toán 12 3.8 K tài liệu
Thông tin:
Tác giả:
Tài liệu khác của Toán 12
Preview text:
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
* Để tìm họ nguyên hàm của một hàm số y=f(x) , cũng có nghĩa là ta đi tính một tích
phân bất định : I f (x)dx . Ta có ba phương pháp :
- Phương pháp phân tích .
- Phương pháp đổi biến số .
- Phương pháp tích phân từng phần
Do đó điều quan trọng là f(x) có dạng như thế nào để ta ngiên cứu có thể phân tích chúng
sao cho có thể sử dụng bảng nguyên hàm cơ bản để tìm được nguyên hàm của chúng .
Hoặc sử dụng hai phương pháp còn lại
- Sau đây là một số gợi ý giúp các em có thể nhận biết dạng của f(x) mà có phương pháp
phân tích cụ thể , từ đó tìm được nguyên hàm của chúng .
PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM BẰNG CÁCH PHÂN TÍCH
I.TRƢỜNG HỢP : f(x) LÀ MỘT HÀM ĐA THỨC n n 1
f (x) a x a x ..... a n n 1 0 A.CÁCH TÌM
1. Sử dụng công thức tìm nguyên hàm của hàm số : f(x)= 1 1 x F(x) .x C 1
2. Do đó nguyên hàm của f(x) là : F x a a n n 1 n 1 n x
x ..... a x C 0 n 1 n
B. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA .
Ví dụ 1. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 1 4m 5 1. 4 3 3 2 x 4x
x x 2 dx 2. 3 2 mx 3x x 1 7m dx 4 3 x 2x 2
3. x 2 x me
a log x 2 sin 2x 3cos 4x dx 4.
3x t anx+3x-2 dx 3 x GIẢI 5 1 1 4 3 1 1. 4 3 3 2 5 4 2 3
x 4x x x 2 dx x x
x .x 2x C 4 20 3 5 2 4m 5 m 2 4m 5 2. mx 3x x 1 7m dx x x x 3 3 2 4 3 2 1 7mx C 3 2 2 x 2x 4 3 2.x 2.x 2 x a x x x 1 3
3. me 2a log x 2sin 2x 3cos4x dx me
x ln x x o
c s2x+ sin 4x C 3 ln a ln 3 4 2 3x x 3 4. 2
3 t anx+3x-2 dx 4 x ln o c sx
x 2x C x ln 3 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 1
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
II. TRƢỜNG HỢP f(x)LÀ PHÂN THỨC HỮU TỶ : fx)= P(x) Q(x)
* Trường hợp : Bậc của P(x) cao hơn hoặc bằng bậc của Q(x) , thì bằng phép chia đa thức
ta lấy P(x) chia cho Q(x) được một đa thức A(x) và một số dư R(x) mà bậc của R(x) thấp
hơn bậc của Q(x). Như vậy tích phân của A(x) ta tính được ngay ( như đã trình bày ở
trên). Do vậy ta chỉ ngiên cứu cách tìm nguyên hàm của f(x) trong trường hợp bậc tử thấp
hơn bậc của mẫu , nghĩa là f(x) có dạng : R(x) f (x) . Q(x)
Trước hết ta ngiên cứu cách tìm nguyên hàm của f(x) có một số dạng đặc biệt .
1. Hàm số f(x) có dạng : 1 I dx a 0 2 ax bx c 2 * Ta phân tích : b 2
ax bx c a x
, mà ta đã biết ở lớp 10 . 2 2a 4a
* Xét ba trường hợp của . Ta sẽ có ba dạng của f(x) và ta cũng có ba cách tìm nguyên hàm gợi ý sau : b 2 b u x ; k - Nếu : 2
0 0ax bx c a x 2a 2a 2 2a 4a a 2 2 u k 2 b b - Nếu : 2
0 a x au u x 2 2a 4a 2a 2 b b b
- Nếu : 0 a x
a x x x x x ; x 2 1 2 1 2 2a 4a 2a 2a
Do vậy tích phân trên có thể giải như sau : 1 1 1
- Trường hợp : 0 , thì I dx d . u 2 2 2 ax bx c a u k * Nếu đặt : 1
u tan t du dt 2 1 tan t dt 2 1 1 1 1 2 os c t I d . u . 1 tan t dt a u k a k t u
k k tan t k k 1tan t 2 2 2 . 2 2 2 2 2 2 2 2 1 tan 1 t dt C
. ( với : u tan t t arctanu ). 2 2 . a k ak 1 1 1 1
- Trường hợp : =0 thì : I dx du C . 2 2 ax bx c u u b x 2a 1 1 1 1 Hay : I dx dx C 2 2 ax bx c a b b a x x 2 2 a a Trang 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
- Trường hợp : 0. thì : 1 1 1 1 1 1 I dx dx dx 2 ax bx c
a x x x x a x x x x x x 1 2 2 1 2 1 1 1 x x
ln x x ln x x ln C . 1 2 2
a x x a x x x x 2 1 2 1 1
Ví dụ 1. Hãy tính các tích phân sau : 1 1 a. dx b. dx 2 x x 1 2 x 2x 3 GIẢI 1 1 1 3 3 a. dx dx . Đặt : x tan t dx 2
1 tan t dt . 2 2 2 x x 1 1 3 4 2 2 x 4 2 1 1 dx . 3 3 2 1 tan t dt dt t C . 2 x x 1 3 3 2 t 4 4 1 tan 4 4 Với : 1 3 2 3 x
tan t t arctan 4 2 4x-1 1 1 b. dx d . x Đặt : x t dx 2 1 2 tan
2 1 tan t dt . 2 x 2x 3 x 2 1 22 1 1 1 1 dx t dt dt t C x 2x 3 2tan t . 2 1 tan 2 2 1 2 2 Với : x 1 x 1 x 1
2 tan t tan t t arctan 2 2
Ví dụ 2 . Tìm nguyên hàm của các hàm số sau 1 1 a. dx b. dx 2 x 4x 4 2 9x 12x 4 GIẢI 1 1 1 a. dx dx C 2 x 4x 4 x 22 x 2 1 1 1 1 1 1 1 b. dx dx dx C 2 2 2 9x 12x 4 2 9 2 9 2 9x 6 9 x x x 3 3 3
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 3
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Ví dụ 3. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 1 1 a. dx b. dx 2 x 3x 2 2 4x 3x 1 GIẢI 1 1 1 1 1 x 2 a. dx dx dx
dx ln x 2 ln x 1 ln C 2 x 3x 2 2 1 x 1 x 2 x 2 x 1 x 1 1 1 1 1 1 1 1 b. dx . dx dx dx 2 4x 3x 1 4 1 1 x 1 x x 3 1 1 1 x 4 4 4 1 1 1 x 1 1 4 x 1
ln x 1 ln x ln C ln C 3 4 3 1 3 4x 1 x 4
2. Hàm số f(x) có dạng : Ax+B f (x) 2 ax bx c * Ta có hai cách tìm .
-Cách một : Biến đổi tử số thành dạng : 2
Ax+B=d(ax bx c) D 2ax b dx D d Ax+B 2
ax bx c
2ax bdx +) Nếu D=0 thì : 2 dx
ln ax bx c C 2 2 2 ax bx c ax bx c ax bx c d Ax+B 2
ax bx c
2ax bdx 1 +)Nếu D 0 thì : dx D dx 2 2 2 2 ax bx c ax bx c ax bx c ax bx c 1 2
ln ax bx c D dx C 2 ax bx c Trong đó : 1 dx
, đã biết cách tìm ở ý 1. 2 ax bx c
-Cách hai :( Chỉ áp dụng cho trường hợp mẫu số có hai nghiện thực x x ) 1 2 +) Ta biến đổi : Ax+B Ax+B 1 M N * 2 ax bx c a x-x x x a x x x x 1 2 1 2
+) Sau đó quy đồng mẫu số vế phải thành :
1 M x x N x x
1 M N x Mx Nx 2 1 2 1 a x x x x a x x x x 1 2 1 2
M N A
+) Đồng nhất hệ số hai tử số , ta có hệ : . Từ đó suy ra M,N
Mx Nx C 2 1
+) Thay M,N vào (*) ta tính được tích phân : Ax+B 1 M N M N dx dx dx ln x x
ln x x C 2 1 2 ax bx c a x x x x a a 1 2 Trang 4
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
* Chú ý : Ta có thể tìm M,N bằng cách khác là thay lần lượt hai nghiệm của mấu
số vào hai tử số , ta được hai phương trình .Từ hai phương trình ta suy ra M,N . Các bước
tiếp theo lại làm như trên .
CÁC VÍ DỤ ÁP DỤNG
Ví dụ 4. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 2(x 1)
2 x 2 dx a. dx b. 2 x 2x 3 2 x 4x 4 GIẢI d x x 2x 2x3 2( 1) 2 2 a. 2 dx dx
ln x 2x 3 C 2 2 2 x 2x 3 x 2x 3 x 2x 3
2 x 2 dx 2x 4 d dx
2x 4x3 b. 2
ln x 4x 3 C 2 2 2 x 4x 3 x 4x 3 x 4x 3
Ví dụ 5. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 3x 2 2x 3 a. dx b. dx 2 x 2x 3 2 x 4x 4 GIẢI a.Cách 1. 3x 2
E 2x 2 D
2E D 2E Ta có :
. Đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ phương 2 2 2 x 2x 3 x 2x 3 x 2x 3 3 3 2x 2 trình : 2E 3 E 3x 2 1 2 2 . 2 2 2
D 2E 2 x 2x 3 x 2x 3 x 2x 3 D 1 d x 2x 2x3 3 2 3 Vậy : 1 3 2 dx dx
ln x 2x 3 J 1 2 2 2 x 2x 3 2 x 2x 3 x 2x 3 2 Tính :J= 1 1 1 1 1 1 x 1 dx dx dx
ln x 1 ln x 3 ln C 2 x 2x 3 4 x 1 x 3 4 4 x 3 Do đó : 3x 2 3 1 x 1 2 dx
ln x 2x 3 ln C 2 x 2x 3 2 4 x 3 -Cách 2. Ta có : 3x 2 3x 2 A B
A x 3 B x 1
A B x 3A B +) * 2 x 2x 3 x 1 x 3 x 1 x 3 x 1 x 3 x 1 x 3
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 5
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM 5 A A B 3
Đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ : 4 3
A B 2 7 B 4 3x 2 5 1 7 1 Suy ra : . . 2 x 2x 3 4 x 1 4 x 3 3x 2 5 1 7 1 5 7 Vậy : dx dx dx ln x 1 ln x 3 C . 2 x 2x 3 4 x 1 4 x 3 4 4
+) Phân tích f(x) đễn (*) .Sau đó thay hai nghiệm x=1 và x=3 vào hai tử số để tìm 5 A 3.1 2 ( A 1 3)
A,B , cụ thể ta có hệ hai phương trình sau : 4 3 ( 3 ) 2 B( 3 1) 7 B 4
Các bước tiếp theo giống như trên . 2x 3
E 2x 4 D
2Ex D 4E b..Ta có :
. Đồng nhất hệ số hai tử số : 2 2 2 x 4x 4 x 4x 4 x 4x 4 E E Ta có hệ 2 2 1
D 4E 3 D 7 2x 3 2x 4 7 Suy ra : . 2 2 2 x 4x 4 x 4x 4 x 4x 4 2x 3 2x 4 1 7 Vậy : 2 dx dx 7
dx ln x 4x 4 C 2 2 x 4x 4 x 4x 4 x 22 x 2 3. TỔNG QUÁT :
a. Trường hợp mẫu số không có nghiệm thực có nghiệm thực (Tức là mẫu số vô nghiệm).
* Ta phân tích như ở ví dụ 5- cách 1
b. Trường hợp mẫu số có nhiều nghiệm thực đơn
* Ta phân tích giống như ví dụ 5a- cách 2.
c. Trường hợp mẫu số có cả trường hợp không có nghiệm thực và trường hợp có nhiều nghiệm thực đơn .
* Ta sử dụng cả hai phương pháp trên .
CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 6. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 2 3x 3x 12 2 x 2x 6 a. b. dx dx
x 1 x 2 x x
1 x 2 x 4 GIẢI 2 3x 3x 12 A B C
Ax x+2 Bx x
1 C x 1 x 2 a.Ta phân tích f(x)= . x
1 x 2 x x 1 x 2 x x
1 x 2 x Trang 6
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Bằng cách thay các nghiệm thực của mẫu số vào hai tử số ta có hệ :
x 118 3A A 6 6 3 6 x 2
18 6B B 3 f (x) x 1 x 2 x x 0 12 2
C C 6 2
Vậy : 3x 3x 12 6 3 6 x dx dx 6 ln x 1 3ln x 2 6 ln x C x 1 2 x
x 1 x 2 x b. Ta phân tích 2 x 2x 6 A B C
A x 2 x 4 B x
1 x 4 C x 1 x 2 f(x)= x
1 x 2 x 4 x 1 x 2 x 4 x
1 x 2 x 4
Bằng cách thay các nghiệm của mẫu số vào hai tử số ta có hệ :
x 1 9A 3 x 3 3 7 5 x 2 14 2
B x 7
f (x) x 1 x 2 x 4
x 4 30 6C C 5 2 Vậy x 2x 6 3 7 5
x x dx dx 3ln x 1 7 ln x 2 5ln x 4 C x 1 2 4
x 1 x 2 x 4
Ví dụ 7. Tìm nguyên hàm các hàm số sau 2 x 2x 1 2 x 1 a. b. dx dx x 1 2 x 1 x 3 1 x 3 GIẢI
a. Trong trường hợp này ,mẫu số chứa các biểu thức có nghiệm thực và không có nghiệm
thực . Các em hãy chú ý đến cách phân tích sau . A 2 2 x 1 x 1 2 1 Bx C x x A Bx C Ta có f(x)= . x 1 1 2 x 2 1 x 1 x 1 x 1 2 x 1
Thay x=1 vào hai tử ta dược : 2= 2A, cho nên A=1. 1 2 x 1 x
1 Bx C B 2
1 x C B Do đó (1) trở thàn x 1 C h : . x 1 2 x 1 x 1 2 x 1 B 1 1 B 0
Đồng nhất hệ số hai tử số , ta có hệ : 1 2 C
B 2 C
2 f (x) 2 x 1 x 1 1 C 1 A 1 2 Vậy : x 2x 1 1 1 x dx dx dx x J C 1 2 ln 1 2 2 2 x 2 1 x 1 x 1
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 7
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
x tant dx 2
1 tan t dt * Tính J = 1 dx . Đặt : . 2 x 1 2 2 1
x 1 tan t Cho nên : 1 1 dx . 2
1 tan t dt dt t; do : x tan t t arctanx 2 2 x 1 1 tan t 2
Do đó , thay tích phân J vào (2) ta có : x 2x 1 dx x x 1 ln 1 arctanx+C 2 x 1 2 x 1 A B C D b.Ta phân tích f(x)= x 3 1 x 3 x 3 1 x 2 1 x 1 x 3
A x 3 B x
1 x 3 C x 2
1 x 3 D x 3 1 x 3 1 x 3 1
x 1 2 4 A A Thay x=1 và x=
-3 vào hai tử số ta được : 2 5 x 3 10 64
D D 32
Thay hai giá trị của A và D vào (*) và đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ hai phương trình 5
0 C D C D 32 1 3 5 5 f (x) 3 2 x 3 1 8 x 2 1 32 x 1 32 x 3
1 3A 3B 3C D B 8 2 Vậy : x 1 1 3 5 5 x dx dx 3 1 x 3 2x 3 1 8 x 2 1 32 x 1 32 x 3 1 3 5 5 1 3 5 x 1 x x C C 4 x ln 1 ln 3 ln 2 1 8 x 1 32 32 4 x 2 1 8 x 1 32 x 3
III. . NGUYÊN HÀM CÁC HÀM SỐ LƢỢNG GIÁC .
Để xác định nguyên hàm các hàm số lượng giác ta cần linh hoạt lựa chọn một trong các
phương pháp cơ bản sau :
1. Sử dụng dạng nguyên hàm cơ bản .
2. Sử dụng phương pháp biến đổi lượng giác đưa về các nguyên hàm cơ bản
3. Phương pháp đổi biến
4. Phương pháp tích phân từng phần
A. SỬ DỤNG CÁC DẠNG NGUYÊN HÀM CƠ BẢN . Trang 8
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM BÀI TOÁN 1.
Xác định nguyên hàm các hàm số lƣợng giác
bằng việc sử dụng các nguyên hàm cơ bản Dạng 1 dx
.: Tính tích phân bất định : I
sin x asin x b
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Sử dụng đồng nhất thức :
sin a b
sin x a x b 1=
sin a b a b Bước 2: Ta được : dx 1
sin x a x b I dx
sin x asin x b
sin a b sin x asin x b 1
sin x a o
c s x-b sin x b o c s x-a dx
sin a b
sin x+asin x b 1 o c s x+b o c s x+a 1 dx dx x b x a
sin a b sin x b sin x+a sin
a b ln sin ln sin 1
sin x b a b ln C sin
sin x a
* Chú ý Phương pháp trên cũng được áp dụng cho các dạng tích phân sau : dx
sin a b 1. I
sử dụng đồng nhất thức : 1 c c , os x+a os x+b
sin a b dx o c s a-b 2.
sử dụng đồng nhất thức : 1 .
x ac , sin os x+b o c s a-b
Ví dụ 1 . Tìm họ nguyên hàm của hàm số : 1 f (x) . o c sx.cos x+ 4 Giải o c s x+ os x c 4
Cách 1. Sử dụng đồng nhất thức : 4 1 2 o c s x+ x 4 o c s o c s 4 4
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 9
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM os c x+ x os c x+ osx+ c sin x+ s inx Ta có : 4 4 4 F (x) 2 dx 2 dx s inx.cos x+ s inxcos x+ 4 4 sin x+ osx c 4 s inx = 2 dx dx 2 ln s inx ln os c x+ 2 ln C sinx 4 cos x+ cos x+ 4 4
Cách 2 : Dựa trên đặc thù của hàm số f(x) Ta có : 1 1 1 1 F (x) dx 2 dx dx dx s inx sinx-cosx 2 2 2 cosx 2 s in x cotx- 1 s inxcos x+ s in x 1- 4 sinx d cot x
d cot x 1 2 2
2 ln cot x 1 C cot x 1 cot x 1
Dạng 2: Tính tích phân bất định : dx I s inx+sin
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1. Biến đổi I về dạng :
Bước 2: Áp dụng bài toán 1 để giải (1)
* Chú ý : Phương pháp trên cũng áp dụng cho các dạng tích phân sau : dx 1. I ; m 1 . s inx+m dx dx 2. I I ; m 1 o c sx+m o c sx+cos
Ví dụ 2: Tìm họ nguyên hàm của hàm số : 1 f (x) 2sin x 1 Giải
Biến đổi f(x) về dạng : 1 1 1 1 1 f (x) . 1 1 2 4 6x 6x 2 s inx+ sinx+sin sin . o c s 2 6 12 12
Sử dụng đồng nhất thức : 6x+ 6x- 6x+ 6x- 6x+ 6x- os c o c s o c s . o c s sin sin 6 12 12 2 12 12 12 12 1 . 3 3 6x+ 6x- os c sin o c s 6 2 12 12 Trang 10
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Ta được : 6x+ 6x- os c sin 2 12 12 2 6x+ 6x- F (x) dx dx ln sin ln cos 3 6x+ 6x- 3 12 12 sin cos 12 12 6x+ sin 2 12 ln C . 3 6x- os c 12
Dạng 3: Tính tích phân bất dịnh : I t anx.tan x+ dx
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Biến đổi I về dạng :
sinxsinx o
c sxcos x os c I c x 1 dx dx dx osxcos cosxcosx 1 o c s dx x 1 cosx.cos x+
Bước 2 : Áp dụng bài toán 1 để giải (1)
* Chú ý : Phương pháp trên cũng được áp dụng đẻ giải các tích phân dạng : 1. I tan
xcotx dx 2. I cot
xcotx dx Ví dụ 3.
Tìm họ nguyên hàm của hàm số sau : I t anx.tan x+ dx 4 Giải :
Ta biến đổi f(x) về dạng : s inx.sin x+ o c sx.cos x+ os c 4 4 4 f (x) 1 1 o c sx.cos x+ o c sx.cos x+ 4 4 2 dx 2 dx F(x) dx dx dx x 1 2 2 osx. c cos x+ osx. c cos x+ 4 4 Để tính : dx J dx
. Ta lựa chọn hai cách sau : o c sx.cos x+ 4
Cách 1: Sử dụng dạng toán cơ bản .
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 11
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Sử dụng đồng nhất thức : sin sin x x 4 2 4 1 .sin x o c sx-sinx.cos x 2 2 4 4 sin 4 2 sin x o
c sx-sinx.cos x sin x Ta được : 4 4 4 s inx J 2 dx 2 dx dx cosx o c sx.cos x cos x 4 4 o c sx 2 ln o c s x+ ln cosx 2 ln C 4 cos x+
Cách 2. Dựa trên đặc thù của hàm số dưới dấu tích phân . Ta có : 1 1 1 1 J dx 2 dx dx o c sx cosx-sinx 2 1tanx. 2 o c s x o c sx.cos x+ 4 d 1 t anx 2
2 ln 1 t anx C . 1-tanx
Dạng 4. Tính tích phân bất định : 1 I dx a.sinx+b.cosx PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta có thể lựa chọn hai cách biến đổi Cách 1: Ta có . 1 dx 1 dx 1 dx 1 I . 2 2 sin x a b 2 2 2 2 x x x x 2 a b 2sin . os a b c 2 tan o c s 2 2 2 2 x d tan 1 2 1 x I ln tan C 2 2 2 2 x 2 a b tan a b 2
Chú ý : Chúng ta cũng có thể thực hiện bằng phương pháp đại số hóa với việc đổi
biến số bằng cách đặt x t tan . 2
Ví dụ 4: Tìm họ nguyên hàm của hàm số 2 f (x) 3 s inx+cosx Giải Trang 12
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Ta có : dx 1 dx 1 dx F (x) 3 s inx+cosx 2 3 1 2 s inx+ o c sx sin x 2 2 6 x d tan dx dx 2 12 x ln tan C x x x x x 2 2 12 2 tan os c sin os c tan 2 12 2 12 2 12 2 12 2 12 Dạng 5 a s inx+b o c sx
: Tính tích phân bất định sau : 1 1 I dx a s inx+b o c sx 2 2 PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Biến đối : a sinx+b o
c sx=A a s inx+b o c sx B a o c sx-b s inx 1 1 2 2 2 2 Bước 2: Khi đó A a sinx+b o c sx B a o c sx-b s inx d a s inx+b o c sx 2 2 2 2 2 2 I
dx A dx B a s inx+b o c sx a s inx+b o c sx 2 2 2 2 Ax+Bln a sinx+b o c sx C 2 2 Ví dụ 5: x x
Tìm họ nguyên hàm của hàm số 4sin 3cos f (x) dx s inx+2cosx Giải
Biến đổi : 4sin x 3cos x (
A s inx+2cosx)+B(cosx-2sinx)=(A-2B)sinx+(2A+B)cosx .
Đồng nhất hệ số hai tử số ,ta được : A 2B 4 A 2
2A B 3 B 1 2sinx+2cosx o c sx-2sinx Khi đó : o c sx-2sinx f (x) 2 s inx+2cosx s inx+2cosx Do đó : o c sx-2sinx o c sx-2sinx dx F(x)
f (x)dx 2 dx 2 dx
2x ln sinx+2cosx C s inx+2cosx s inx+2cosx
Dạng 6. Tính tích phân bất định : a s inx b o c sx 1 1 I dx a s inx+b o c sx2 2 2
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1. Biến đổi : a sinx+b o c sx= A a s inx+b o c sx B a o c sx-b s inx . 1 1 2 2 2 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 13
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Bước 2. Khi đó : A a s inx+b os c x B a os c x-b s inx dx a os c x-b s inx dx 2 2 2 2 2 2 I dx A B a s inx+b os c x 2 a os c x+b s inx a os c x+b s inx 2 2 2 2 2 2 2 A dx 1 A x B B dx ln tan C 2 2 sin a b x 2 2 a s inx+b os c x 2 a os c x+b s inx 2 2 a b 2 2 2 2 2 2 Trong đó : b a 2 2 sin ; cos . 2 2 2 2 a b a b 2 2 2 2 Ví dụ 6 : x
Tìm nguyên hàm của hàm số sau : 8cos f (x) . 2 3 sin 2x o c s2x Giải Biến đổi : 8cos x 8cos x f (x) 2 2
3sin x 2 3 s inxcosx+cos x 3sinx+cosx2
Giả sử : 8cos x a 3sinx+cosxb 3 o
c sx-sinx a 3 bsinx+a+b 3 o c sx .
a 3 b 0 a 2
Đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ :
a b 3 8 b 2 3 2 3 3 o c sx-sinx 2
Khi đó : f (x) 3 s inx+cosx 3 s inx+cosx dx 3 ocsx-sinx 2 dx Do đó : 1 x 2 3 F (x) 2 3 ln tan C 3 s inx+cosx 3 s inx+cosx 2 2 12 3 s inx+cosx Chú ý 2dx
: Trong ví dụ trên ta lấy kết quả ví dụ 4 cho : . 3 s inx+cosx
Dạng 7. Tính tích phân bất định : 1 I dx . asinx+bcosx+c Ta xét ba khả năng : 1. Nếu 2 2 c a b .
Ta thực hiện phép biến đổi : 1 1 1 1 c 1 o c s x- . asinx+bcosx+c 2c x 2 os c 2 Trong đó : a b sin ; o c s = 2 2 2 2 a b a b Khi đó : 1 dx 1 x I tan C 2c x 2 c 2 os c 2 2. Nếu : 2 2
c a b Trang 14
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Ta thực hiện phép biến đổi : 1 1 1 1 c 1 o c s x- . asinx+bcosx+c 2c x 2 sin 2 Trong đó : a b sin ; o c s =- 2 2 2 2 a b a b Khi đó : 1 dx 1 x I cot C 2c x 2 c 2 sin 2 3. Nếu : 2 2 c a b
Ta thực hiện phép biến đổi bằng cách đổi biến số : x t tan . 2 2dt dx . 2 Khi đó : 1 t , 2 2t 1-t 2t sinx= ; osx c = ; t anx= 2 2 2 1+t 1 t 1-t
thay vào tích phân đã cho I f (t)dt . Ví dụ 7. dx Tính tích phân sau : 2 I . 2sin x o c sx+1 Giải Đặt : x 2dt t tan dx . 2 2 1 t dt x 4 t an Khi đó : 2 2dt 1 1 1 t t 2 I dt ln C ln C 2 2 4t 1 t t 2t t t 2 t 2 x 1 tan +2 2 2 1 t 1 t 2
Dạng 8. Tính tích phân bất định : a s inx+b o c sx+c 1 1 1 I dx . a s inx+b o c sx+c 2 2 2
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1. Biến đổi : a s inx+b o
c sx+c A a s inx+b o c sx+c B a o
c sx-b s inx C 1 1 1 2 2 2 2 2 Bước 2 : Khi đó : Aa s inx+b o c sx+c B a o
c sx-b s inx C 2 2 2 2 2 I a s inx+b o c sx+c 2 2 2 a o c sx-b s inx dx dx 2 2 A dx B C a s inx+b o c sx+c a s inx+b o c sx+c 2 2 2 2 2 2 dx Ax+Bln a sinx+b o c sx+c C . 2 2 2 a s inx+b o c sx+c 2 2 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 15
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Trong đó : dx
, được xác định ở dạng 4. a s inx+b o c sx+c 2 2 2 Ví dụ 8 : x
Tìm họ nguyên hàm của hàm số : 5sin f (x) . 2sin x o c sx+1 Giải
Biến đổi : 5sin x a2sin x o c sx+
1 b 2cos x sinx c 2a bsinx+ 2b-a o c sx+a+c
2a b 5 a 2
Đồng nhất hệ số hai tử số :
2b a 0 b 1 a c 0 c 2 22sin x o c sx+
1 2cos x sinx 2 2 cos x s inx 2
Khi đó : f (x) 2 2sin x o c sx+1 2sinx-cosx+1 2sinx-cosx+1 2cos x sinx Do vậy : dx dx I 2 dx 2
2x ln 2sin x o
c sx+1 2J C 2sin x o c sx+1 2sin x o c sx+1 Với : dx J
. ( Tích phân này đã giải ở ví dụ 7 ) 2sin x o c sx+1 2 2
Dạng 9: Tính tích phân bất định :
a s in x+b s inxcosx+c o c s x 1 1 1 I dx . a s inx+b o c sx 2 2 PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1 : Biến đổi : 2 2
a s in x+b s inxcosx+c o
c s x Asinx+Bcosx a s inx+b o
c sx C 2 2 sin x o c s x 1 1 1 2 2 Bước 2 : Khi đó :
Asinx+Bcosxa sinx+b o
c sx C 2 2 sin x o c s x 2 2 dx I
Asinx+Bcosx C a s inx+b o c sx a s inx+b o c sx 2 2 2 2 C dx C x
Acos x B sin x
Acos x B sin x ln tan C 2 2 sin x a b 2 2 2 a b 2 2 2 2 Trong đó : b a 2 2 sin ; o c s = . 2 2 2 2 a b a b 2 2 2 2 2 Ví dụ 9 : 4sin x 1
Tìm họ nguyên hàm của hàm số : f (x) . 3 s inx+cosx Giải Biến đối : 2 2 2 x x c x c 2 2 4sin 1 5sin os asinx+bcosx 3 sinx+cosx sin x o c s x
a c 2 xa b
c x b c 2 3 sin 3 sinx. os o c s x . Trang 16
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
a 3 c 5 a 3
Đồng nhất hệ số hai tử số : a b 3 0 b 1 . b c 1 c 2 Do đó : 2dx 1 x I 3 s inx-cosx dx 3 o c sx-sinx- ln tan C . 3 s inx+cosx 2 2 12
Chú ý : Ở ví dụ 4 , ta có : 2dx 1 x ln tan 3 s inx+cosx 2 2 12
Dạng 10. Tính tích phân bất định : dx I 2 2
asin x bsin x cos x c cos x
Ta thực hiện theo các bước sau : dx
Bước 1 : Biến đổi I về dạng : I 2 x b x c 2 atan tan cot x
Bước 2: Thực hiện phép đổi biến số : 1 dt t t anx dt= dx 2
1 tan xdx 2 1 t dx dx 2 2 cos x 1 t Khi đó : dt I
. ( Ta đã có cách giải ở phần " Hàm phân thức " ) 2
at bt c Ví dụ 10: dx
Tính tích phân bất định : I 2 2
3sin x 2sin x cos x o c s x Giải dx d t anx Ta có : I . 2
3 tan x 2 tan x 2 2 1 o c s x
3 tan x 2 tan x 1 Đặt : dt 1 1 1 1 1 t 1 1 3t 3 t t anx I= . dt ln ln C 2 3t 2t 1 3 1 t 1 1 4 1 4 3t 1 1 t t 3 3 3 Thay trả lại : 1 3 tan x 3 t t anx I= ln C . 4 3 tan x 1
B. SỬ DỤNG PHÉP BIẾN ĐỔI LƢỢNG GIÁC ĐƢA VỀ CÁC NGUYÊN HÀM CƠ BẢN. Bài toán 2:
Xác định nguyên hàm các hàm số lượng giác bằng các phép biến đổi lượng giác PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 17
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Sử dụng phép biến đổi lượng giác , đưa biểu thức dưới dấu tích phân về dạng quen thuộc
. Các phép biến đổi lượng giác bao gồm :
Phép biến đổi : Tích thành tổng ( Chúng ta đã thấy ở bài toán 1) 1 o c s2x 1 o c s2x Hạ bậc : 2 2 o c s x ; sin x . 2 2
Các kỹ thuật biến đổi khác .
1. Sử dụng phương pháp biến đổi : Tích sang tổng .
Ở đây chúng ta sử dụng các công thức : 1 cos x-y o c s x+y . a o c sxcosy= o c s x+y o c s x-y b. sinxsiny= 2 2
sin x+y sin x y
sin x+y sin x y c. sinxcosy= d. o c sxsiny= 2 2
Sau đó sử dụng công thức nguyên hàm : c 1 os ax+b dx sin ax+b C . a
Ví dụ 11. Tìm nguyên hàm của hàm số : f (x) o c s3xcos5x Giải Ta biến đổi : cos8x+cos2x 1 1 f (x) o c s3xcos5x= o c s8x+ o c s2x 2 2 2 Khi đó : 1 1 1 1 I
f (x)dx o c s8xdx+ o c s2xdx=
sin 8x sin 2x C 2 2 16 4
Ví dụ 12. Tìm họ nguyên hàm của hàm số :
f (x) t anx.tan x tan x 3 3 Giải s inx.sin x sin x Ta biến đổi : 3 3
f (x) t anx.tan x tan x 3 3 os c x.cos x os c x 3 3 2 1 1 c x 1 s inx. cos2x-cos os2x.sinx+ s inx sin 3 s inx s inx 3 sin 3 2 2 2 x 2 1 1 c o c sx cos2x+cos c c 1 os3x cos2x.cosx- osx os3x+cosx o c sx 3 2 2 2 sin 3x 1 3sin 3x 1 d o c s3x Khi đó : 1 I
f (x)dx dx dx ln o c s3x C o c s3x 3 o c s3x 3 o c s3x 3
2. Sử dụng công thức hạ bậc : Trang 18
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Ta nhớ lại các công thức sau : 1 o c s2x 1 o c s2x
3sin x sin 3x a. 2 2 o c s x ; sin x . b. 3 sin x 2 2 4 3cos x o c s3x 3 1 c. 3 os c x d. 4 4 sin x o c s x o c s4x 4 4 4 3 3 5 3 e. 6 6 2 o
c s x sin x 1 sin 2x 1 1 o c s4x o c s4x 4 8 8 8
Ví dụ 13. Tìm họ nguyên hàm của các hàm số : a. 3 f (x) sin . x sin 3x b. 3 3 f (x) sin . x o c s3x+cos . x sin 3x Giải
3sin x sin 3x 3 1 a. Ta có : 3 2 f (x) sin .
x sin 3x sin 3x sin 3 . x s inx- sin 3x 4 4 4 3 c 1 c 3 1 3 1 os2x-cos4x 1 os6x o c s2x+ o c s6x- o c s4x- . 8 8 8 8 8 8 Do đó : 3 1 3 1 3 1 3 1 I
f (x)dx o c s2x+ o c s6x- o c s4x- dx sin 2x sin 6x sin 4x x C 8 8 8 8 16 48 32 8 b.Ta biến đổi : 3sinx-sin3x o c s3x+3cosx 3 3 f (x) sin . x o c s3x+cos . x sin 3x o c s3x sin 3x 4 4 3 c 3 os3xsinx+sin3xcosx sin 4x 4 4 Do đó : 3 3 I
f (x)dx sin 4xdx o c s4x+C 4 16
3. Sử dụng nhiều phép biến đổi khác nhau .
Trong phương pháp này dòi hỏi HS cần linh hoạt vận dụng các công thức lượng giác .
Ngoài ra còn biết cách định hướng để biến đổi sao cho sử dụng được bảng nguyên hàm . Ví dụ 14. x x
Tìm họ nguyên hàm của hàm số : sin 3 .sin 4 f (x) t anx+cot2x Giải : Ta biến đổi : sin 3 . x sin 4x sin 3x sin 4x sin 3 . x sin 4x f (x) sin 3 . x sin 4 . x sin 2x t anx+cot2x s inx.sin2x+cosx.cos2x o c sx o c sx.sin2x cosx.sin2x 1 c 1 x x c 1 osx-cos7x sin 2 sin 2 . osx-cos7xsin2x
sin3x sinx-sin9x+sin5x. 2 2 4 Do đó : 1 I x 1 1 1 1 sin 3
s inx-sin9x+sin5x dx o c s3x- o c sx+ o c s9x- o c s5x+C . 4 12 4 9 5
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 19
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỔI BIẾN SỐ
Phương pháp đổi biến số được sử dụng khá phổ biến trong việc tính các tích phân
bất định . Phương pháp đổi biến số để xác định nguyên hàm có hai dạng dựa trên định lý sau :
a/ Nếu : f (x) F(x) C
và với u= (x) là hàm số có đạo hàm thì : f (u)du F (u) C
b/ Nếu hàm số f(x) liên tục thì đặt x= t. Trong đó t cùng với đạo hàm của nó ( 't
là những hàm số liên tục ) thì ta được : f (x)dx f t '
t dt g(t)dt G(t) C .
Từ đó ta trình bày hai bài toán về phương pháp đổi biến số như sau : Bài toán 1:
Sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 1 tính tích phân bất định : I f (x)dx PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: chọn x= t, trong đó t là hàm số mà ta chọn thích hợp .
Bước 2: lấy vi phân hai vế : dx 'tdt
Bước 3 : Biến đổi : f (x)dx f t '
t dt g t dt
Bước 4: Khi đó tính : f (x)dx g(t)dt G(t) C .
* Lưu ý : Các dấu hiệu dẫn tới việc lựa chọn ẩn phụ kiểu trên thông thường là : Dấu hiệu Cách chọn 2 2 a x
x a sin t t 2 2 x a o
c st 0 t 2 2 x a a x t ; sin t 2 2 a x
t 0; \ o c st 2 2 2 a x
x a tan t t ; 2 2
x a cot t t 0; a x a x x=a.cos2t a x a x
x ab x
x=a+ b a 2 sin t Trang 20
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Ví dụ 1. Tính tích phân bất định dx dx a/ b/ 2 x 3 2 1 x 2x 3 Giải a/ Đặt : x=sint ; t ; dx o c stdt 2 2 dx o c stdt o c stdt dt Suy ra : d tan t . 3 2 x 3 t 3 2 2 cos t o c s t 1 1-sin Khi đó : dx t sin t x d tan
tan t C C 3 2 2 2 1 sin t 1 1 x x
b/ Vì : x x x 2 2 2 2 3 1 2 , nên Đặt : dt x 1 x 1
2 tan t;t ; dx 2. ; tan t 2 2 2 o c s t 2 dx dx dt dt 1 o c stdt Suy ra : . x 2x 3 2tan t 2 2 2 2 2 2 2 o c st 2 1-sin 1 . o c s t 1 2 t x 1 o c stdt o c stdt . . 2 2 sint-1 sint+1 Khi đó : dx 1 o c stdt o c stdt 1 sin t 1 ln C (*) 2 x 2x 3 2 2 sint-1 sint+1 2 2 sin t 1 x 1 sin t x 1 2 2 2 2 Từ : 2 tan t tan t sin t 1
. Ta tìm được sint , thay 2 2 2 1 sin t 2 x 2x 3
vào (*) ta tính được I . 2 Ví dụ 2: x dx
Tính tích phân bất định : I . 2 x 1 Giải
Vì điều kiện : x 1, nên ta xét hai trường hợp : Với x>1 Đặt 1 2 cos 2tdt x ;t 0; dx . 2 sin 2t 4 sin 2t 2 x dx tdt dt 2 2 2 sin t o c s 1 2 cos 2 2 t dt Do đó : 2 3 3 3 2 1 1 sin 2t sin 2t 8sin t cos t x 2 sin 2t. 1 2 sin 2t
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 21
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM 1 1 1 2 1 = cot t. tan t. . dt 2 2 2 4 sin t o c s t tan t o c s t Vậy : 1 2 1 1 1 2 2 I I
cot t.d(cot t) tan t.d(tan t)
.d (tan t)
cot t tan t 2ln tan t C 4 tan t 4 2 2 1 1 2 2
x x 1 ln x x 1 C 2 2
Với x<1 . Đề nghị học sinh tự làm .
* Chú ý : Tích phân dạng này ta có thể giải bằng cách khác nhanh hơn : 2 2 2 Ta có : x x 11 1 x dx dx 2 2 x 1 I x 1dx J K 1 2 2 2 2 2 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 2 Với : J x 2 2 2
x 1dx x x 1
dx x x 1 I a 2 x 1 Tích phân : dx 2 2 2 K
ln x x 1 I x x 1 I ln x x 1 2x 1 1 1 2 2 2 2
2I x x 1 ln x x 1 I x x 1 ln x x 1 C 2 2 Ví dụ 3. dx
Tính tích phân bất định : I x 3 2 1 Giải Đặt : dt
x tan t;t ; dx 2 2 2 o c s t dx 1 dt Suy ra : . ostdt c . x t 2 3 3 2 2 os c t 1 1 tan dx x Khi đó : I o
c stdt sin t C C 3 2 2 1 1 x x Chú ý :
1. Sở dĩ trong ví dụ trên có kết quả như vậy vì : 1 x o c st= ;sin t 2 2 1+x 1 x x 2 t ; o
c st>0 cos t o c st;sint=tant.cost= 2 2 2 1 x
2. Phương pháp trên áp dụng để giải bài toán tổng quát : dx k Z .
a x 2k 1 2 2 Trang 22
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
Bài toán 2: Sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 2 để tính tích phân : I f (x)dx . PHƢƠNG PHÁP CHUNG.
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Chọn t= x . Trong đó x là hàm số mà ta chọn thích hợp .
Bước 2: Tính vi phân hai vế : dt 'tdt .
Bước 3: Biểu thị : f (x)dx f t '
t dt g(t)dt .
Bước 4: Khi đó : I f (x)dx g(t)dt G(t) C
* Chú ý : Ta có một số dấu hiệu để đổi biến thường gặp : Dấu hiệu Cách chọn Hàm số mẫu số có t là mẫu số
Hàm số : f ;x x t= x Hàm x f x . a s inx+b.cosx x t tan ; o c s 0 . c s inx+d.cosx+e 2 2 Hàm 1
Với : x+a>0 và x+b>0 : Đặt : f x
x a x b t x a x b
Với x+a<0 và x+b<0 ,
đặt : t x a x b
Ví dụ 4. Tính tích phân bất định sau : I x x 8 2 2 2 3 dx Giải dt 6 xdx Đặt : t
t 2 3x 2 t
x 2 3x 8 2 1 2 2 2 8 t 8 9 2t t . 2 x 3 3 3 Vậy : I x x 8 1
dx t dt t dt 2 1 2 t t C x 9 1 2 3 2 2 3 23x 10 2 2 8 9 9 10 2 2 C 3 27 30 27 30 3 Ví dụ 5 : x dx
Tính tích phân bất định : 1 x Giải x 1 t x dx 1t 3 2 2 2 2 tdt
Đặt : t= 1 x 2 2 4 6
1 2t 3t t dt . dx 2 tdt 1 x t
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 23
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM 3 Vậy : x dx 4 6 2 2 4 6 2
4t 6t 2t 3 5 7 dt 2
t t t t C 1 x 3 5 7 4
x x 6
x x2 2 2 1 1 1 1 1 x
1 x3 1 x C 3 5 7
Ví dụ 6: Tính tích phân bất định : x x 2 5 2 3 1 2 dx Giải Đặt : t= t
1 2x t 1 2x 3 1 3 2 3 2 2 2 3 x
2xdx t dt 2 2 3 Do đó : t x 1 2x 2 1 3 3 5 2 2 2 dx .t t dt 7 4 3
t t dt 2 4 8 Vậy : x 12x 2 3 3 1 1 3 5 2 dx 7 4 t t 8 5 dt t t 6 3 5t 8t 2 3 t C 8 8 8 5 320 2 2 3 = 5 2 1 2x 8 2 1 2x 2 3
1 2x C 320
Ví dụ 7: Tính tích phân bất định : 3 I sin x osx c dx . Giải Đặt : t= 2 o c sx t o
c sx 2tdt=-sinxdx . Do đó : 3 x c dx 2 c x c
4 t tdt 6 2 sin osx 1 os osx s inxdx= t 1 2
2 t t dt . Vậy : 2 2 2 1 3 I sin x o c sxdx 2 6 2 t t 7 3 3 dt
t t C o c s x o c sx o c sx o c sx +C 7 3 7 2 3 Ví dụ 8: o c sx.sin x
Tính tích phân bất định : I dx 2 1 sin x Giải 2 Đặt : sin x t 1 2
t 1 sin x
2sin x cos xdx dt 3 2 o c sx.sin x 1 sin . x 2sin . x o c sx.dx 1 t 1 dt 1 1 Suy ra : dx 1 dt . 2 2 1 sin x 2 1 sin x 2 t 2 t 3 Vậy : o c sx.sin x 1 1 1 I dx 1 dt t ln t 1 2 C 1 sin x ln 2
1 sin x C 2 1 sin x 2 t 2 2 2 Ví dụ 9: os c x
Tính tích phân bất định : I dx 8 sin x Giải Trang 24
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM o c s os x c x
ocs xsin x 1sin x2 2 2 2 2 2 1 sin x 2 2 sin x Vì : 8 8 8 sin x sin x sin x 1 dt dx 2 Đặt : t = sin x cot x 1 2 2
1 cot x 1 t 2 sin x 2 2 2 o c s x 1 1 Suy ra : 2 2 dx cot x dx cot x 2 1 cot x 2 . dx t 2 1 t dt 8 6 2 sin x sin x sin x 2 Vậy : o c s x I dx 1 2 1 2 4 6
t 2t t 3 5 7 dt t t t C . Thay : t= cotx vào . 8 sin x 3 5 7 Ví dụ 10 : dx
Tính tích phân bất định : I a 0 2 x a Giải 2
x x a dx x tdx dt dx 2
Đặt : t x x a dt 1 dx 2 2 2 2 t x a x a x a x a Vậy : dx dt 2 I
ln t C ln x x a C 2 t x a Ví dụ 11: dx
Tính tích phân bất định : I x 1 x 2 Giải a. xét hai trường hợp : x Với : 1 0
x 1. Đặt : t x 1 x 2 x 2 0 1 1 1 1 tdx 2dt dx Suy ra : dt dx 2 x 1 x 2 2 x 1 x 2 t x 1 x 2 Vậy : dx dt I
x x 2 2 ln t C 2 ln x 1 x 2 C 1 2 t x Với : 1 0 x 2.
Đặt t = x
1 x 2 x 2 0 1 1 1 1 tdx 2dt dx Suy ra : dt dx 2 x 1 x 2 2 x 1 x 2 t x 1 x 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 25
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Vậy : dx dt I
x x 2 2 ln t C 2 ln x 1 x 2 C 1 2 t
BÀI TẬP CHO HAI PHƢƠNG PHÁP : PHÂN TÍCH VÀ ĐỔI BIẾN SỐ
Bài 1 : Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau 3 2
2x 6x 9x 9 a/ x x9 2 1 dx b/ dx 2 x 3x 2 2 x 2 x x c/ d/ dx 3 x dx 3 3 1 x 2
Bài 2: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: 2x 2 x 1 a/ dx b/ dx 2 4 x x 1 x 1 5 os c x s inx+cosx c/ dx d/ dx 3 sinx 3 s inx-cosx
Bài 3: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: dx 1 a/ b/ dx 4 sin x s inx.sin x+ 6 1 1 c/ dx d/ dx s inxcos x+ o c s x- cos x 4 6 3
Bài 4: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: a/ 2 4 sin x cos xdx b/ 2 3 sin x cos xdx c/ 4 5 sin x cos xdx d/ 4 tan xdx
Bài 5: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: dx dx a/ b/ 3 s inxcos x 4 sin x cos x 3 sin x 3 x dx c/ dx d/ 2 1 o c s x x 2 8 4
Bài 6: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: xdx dx a/. b/ 4 2 x 3x 2 x x 2 10 1 Trang 26
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM 5 x dx 2x 5 c/ d/ dx 6 3 x x 2 2 3x 2x 1
Bài 7: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: sin 2x s inx 1 3ln x ln x a/ dx b/ dx 1 3cos x x sin 2x
1 sin 2x cos 2x c/ dx d/ dx 2 2 o
c s x 4sin x cos x sin x
Bài 8: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: sin 2x 4 4 sin x cos x a/ dx b/ dx 2 2
sin x 2 cos x
sin x cos x 1 s inx+7cosx+6 3 3 sin x s inx c/ dx d/ dx
4sin x 5cos x 5 3 sin x tan x
Bài 9: Tìm họ nguyên hàm của các hàm số sau: 1 s inxcosx a/ dx b/ dx 1 s inx+cosx 2 2 2 2 a o
c s x b sin x o c sx+sinxcosx s inxdx c/ dx d/ 2 s inx 2 cosx sin x 1
LUYỆN TẬP TẠI LỚP
Tìm nguyên hàm các hàm số sau : 1 2x 9 1 3 2 5 1. dx 2. dx 3. dx x 3 2 2 0 0 x 4x 5 1 x 6x 9 4 1 1 x 3 4. dx 5. dx 2 2 1 x (x 1) 0 (x 1)(x 3x 2) 1 1 1 2 x 3x 2 6. dx 7. dx 4 2 x 3 0 (x 4x 3) 0 1 2 x 1 x 9. dx 10. dx 2 2 0 4 x 0 4 x 1 2 4x 1 2 3 3x 11. dx 12. dx 2 2 0 x 3x 2 1 x 2x 1 1 4x 1 2 x3 2x2 4x 9 13 . dx 14. I dx 3 2 x2 4 0 x 2x x 2 0 1 xx 1 1 2 x 3x 10 15. dx 16. dx 2 x 4 2 0 0 x 2x 9
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 27
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM 1 4 x 1 2 2 x 17. dx 18. dx 2 x 1 2 0 1 x 7x 12 4 x 1 1 2 1 x 19.f(x)= dx 20. dx 6 x 1 4 1/ 21 x
PHƢƠNG PHÁP TÍCH PHÂN TỪNG PHẦN I. CÔNG THỨC :
I udv uv vdu Chứng minh :
Giả sử hai hàm số : u=u(x) và v=v(x) liên tục và có đạo hàm .
Cho nên : d(u.v)=v.du+u.dv . Suy ra : u.dv=d(u.v)-v.du , và . u dv d
u.v .vdu u.v .vdu dpcm .
Lý do sử dụng phương pháp tích phân từng phần :
Đôi khi ta gặp phải những tích phân mà không thể sử dụng hai phương phương
pháp : Phân tích và đối biến số , để tìm họ nguyên hàm trực tiếp được . Vì thế ta phải
thông qua việc tìm họ nguyên hàm trực tiếp bằng một hàm số khác ( mà có thể sử dụng
hai phương pháp đã biết để tìm ) .
II. CÁC DẠNG TOÁN THƢỜNG GẶP
Bài toán 1: Sử dụng công thức tích phân từng phàn để tính I f (x)dx . PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta thực hiện theo các bước sau :
Bước 1: Ta biến đổi tích phân ban đầu về dạng : I f (x)dx f (x). f (x)dx 1 2
du f ' (x)dx u f (x) Bước 2: Đặt : 1 1
dv f (x) v f (x)dx 2 2
Bước 3: Khi đó : u.dv u.v .vdu . x ln 2 x x 1
Ví dụ 1: Tính tích phân bất định : I dx 2 x 1 Giải Viết lại : xdx I ln 2 x x 1. . 2 x 1 Trang 28
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM x u ln 1 2 x x 1 2 x dx Đặt : 1 du 2 2 xdx x x 1 x 1 dv 2 2 x 1 v x 1 Khi đó : 2 I u dv x 2 x x 2 dx x 2 . 1 ln 1
1 ln x x 1 x C ln o c sx
Ví dụ 2: Tính tích phân bất định : I dx 2 os c x Giải Ta viết lại : dx I ln o c sx. 2 os c x u c s inx ln osx du t anx Đặt : cosx I . u dv t anx.ln cosx 2 tan xdx dx . dv dx 2 v= t anx os c x 2 os c x Khi đó : I 1 t anx.ln cosx
1 dx t anx.ln cosx t anx-x+C 2 os c x
I P(x)sin axdx
Bài toán 2: Tính tích phân bất định dạng :
. Với P(x) là một đa thức .
I P(x) o c saxdx PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta lựa chọn một trong hai cách sau :
Cách 1: Sử dụng tích phân từng phần , thực hiện theo các bước sau :
du P '(x)dx u P(x) 1 +/ Bước 1: Đặt : o c sax sinaxdx a dv v cosaxdx 1 sin ax a
+/ Bước 2: Thay vào công thức tích phân từng phần :
+/ Bước 3: Tiếp tục thủ tục như trên ta sẽ khử được bậc của đa thức .
Cách 2: ( Sử dụng phương pháp hệ số bất định ) . Ta thực hiện theo các bước sau :
+/ Bước 1: Ta có : I P(x) osa c xdx=A(x)sinax+B(x)cosax+C 1
Trong đó : A(x) và B(x) là các đa thức cùng bậc với P(x).
+/ Bước 2: Lấy đạo hàm hai vế của (1) : P(x) o
c sax=A'(x)cosax-A(x)a.sinax+B'(x)sinax+aB(x)cosax
+/ Bước 3: sử dụng phương pháp hệ số bất định ta xác định được A(x) và B(x).
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 29
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM
* Nhận xét : Nếu bậc của đa thức lớn hơn 3 , thì cách 1 tỏ ra cồng kềnh , vì khi đó ta thực
hiện số lần tích phân từng phần bằng với số bậc của đa thức . Cho nên ta đi đến nhận định như sau :
- Nếu bậc của đa thức lớn hơn hoặc bằng 3 : Ta sử dụng cách 2.
- Nếu bậc của đa thức nhỏ hơn hoặc bằng 2 : Ta sử dụng cách 1.
Ví dụ 3: Tính tích phân bất định : 2 x sin xdx Giải Ta có : 1 o c s2x 1 1 1 1 2 I x dx xdx x cos 2xdx x J 1 2 2 2 4 2
Tính : J x cos 2xdx du dx Đặt : u x x 1 x 1 1
J sin 2x sin 2xdx sin 2x o c s2x+C dv o c s2xdx v sin 2x 2 2 2 4 2 Thay vào (1) : 1 1 x 1 1 1 2 2 I x sin 2x o c s2x
x x sin 2x o c s2x C 4 2 2 4 4 2
Ví dụ 4: Tính tích phân bất định : I 3 2
x x 2x 3sinxdx Giải
Theo nhận xét trên , ta sử dụng phương pháp hệ số bất định Ta có : I 3 2
x x 2x 3sinxdx 3 2
a x b x c x d osx c + 3 2
a x b x c x d s inx (1) 1 1 1 1 2 2 2 2
Lấy đạo hàm hai vế của (1) 3 2
x x 2x 3 3
s inx= a x 3a b 2
x 2b c
x c d osx c 2 1 2 1 2 1 2 3
- a x 3a b 2
x 2b c x c d s inx 2 1 2 1 2 1 2 1 a 0 a 1 a 1 ;a 0 2 2 1 2
Đồng nhất thức ta được : 3a b 0 3a b 1 b 1;b 3 1 2 2 1 1 2 2b c 0 2b c 2 c 4; c 2 1 2 2 1 1 2
c d 0 c d 3
d 1;d 4 1 2 2 1 1 2 Khi đó : I 3 2
x x x c 2 4
1 osx+ 3x 2x 4sinx+C .
* Có nhận xét gì khi giải bằng cách lấy tích phân từng phần ba lần ( Do đây là đa thức bậc ba ). Trang 30
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Đặt : 3 2 u
x x 2x 3 du 2
3x 2x 2dx I o c sx 3 2
x x 2x 3 2
3x 2x 2 o c sxdx (1 dv sinxdx v o c sx ) Tính :J= 2
3x 2x 2 os c xdx 2 u
3x 2x 2
du 6x 2 dx 1 1 Đặt : J sinx 2
3x 2x 2 6x 2sinxdx2 dv o c sxdx v sinx 1 1
Tính : K= 6x 2sinxdx Đặt : u 6x 2 du 6dx 2 2 K osx c 6x-2 6 osxdx= c osx c 6x-2 6sin x dv s inxdx v osx c 2 2
Thay các kết quả tìm được lần lượt vào (2) và (1) ta tính được I J=
2x x c x 2 s inx 3 2 2 osx 6x-2 6 sin
s inx 3x 2x 4 6x 2 os c x I= c 3 2
x x x 2 osx 2 3
sinx 3x 2x 4 6x 2 o c sx I 3 2
x x x c 2 4
1 osx+ 3x 2x 4sinx+C
- Như vậy vấn đề đặt ra là : Em nào thấy cách nào dễ hiểu và không bị nhầm lẫn ,
thì chọn cách đó , không nhất thiết là dài hay ngắn , quan trọng nhất là kết quả phải chính xác . ax
I e sin bxdx
Bài toán 3: Tính tích phân bất định : . ( Với a, b 0 ) ax I e osbxd c x PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Sử dụng phương pháp tích phân từng phần , theo các bước sau : du b sin bxdx u osb c x 1 ax ax v= e dv=e dx Bước 1: Đặt a u sin bx
du bcos bxdx ax
dv e dx 1 ax v e a
Bước 2: Thay vào công thức tích phân từng phần
Chú ý : Riêng đối với dạng tích phân này bao giờ cũng phải lấy tích phần từng phần hai lần .
Ví dụ 5: Tính tích phân bất định sau : 2 x 2
I e sin xdx Giải Ta có : c x x 1 os2x 1 x 1 x 1 x 1 2 2 2 2 2 2
I e sin xdx e dx e dx e o c s2xdx e J 1 2 2 2 4 2
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 31
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Tính tích phân J= 2x e os2 c xdx . du 2 sin 2xdx Đặt : u o c s2x 1 x x 1 2 2 2 x 1 J e o
c s2x+ e sin 2xdx e o c s2x+K 2 2x 2 dv=e x dx v e 2 2 2 Tính tích phân K= 2x e sin 2xdx .
du 2cos 2xdx 1 u sin 2x Đặt : 1 1 x x 1 2 2 2
K e sin 2x e os2x c dx x
e sin 2x J 3 x 1 2 2 x dv e dx v e 2 2 1 1 2 1 2x J K e os2 c x
Từ (2) và (3) ta có hệ : 2 1 2x
J e sin 2x os2 c x 1 x 4 2
J K e sin 2x 2
Thay vào (1) ta được : I= 1 x 1 1 x 1 x 1 2 2 e
. e sin 2x o c s2x 2 e 1 sin 2x o c s2x C 4 2 4 4 2
Bài toán 4: Tính tích phân bất định : ax
I P(x)e dx PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Sử dụng phương pháp tích phân từng phần .Ta tiến hành theo các bước sau
du P '(x)dx u P(x) Bước 1: Đặt 1 ax ax dv e dx v e a 1 1 Bước 2: Khi đó : ax ax
I e P(x)
P '(x)e dx a a
Bước 3: Tiếp tục thủ tục như trên ta sẽ khử được đa thức .
Ví dụ 6: Tính tích phân bất định : 3x I xe dx Giải du dx Đặt : u x 1 x 1 x 1 x 1 3 3 3 3x 1 I xe e dx xe e C 3x 3x dv e dx v e 3 3 3 9 3
Ví dụ 7 : Tính tích phân bất định : 2 2 x I x e dx Giải 2 du 2xdx Đặt : u x 1 x x 1 2 2 2 2 2 x 1
I x e . x e dx x e J 1 2 x 2 x
dv e dx v e 2 2 2 Trang 32
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM Tính tích phân J= 2 x xe dx . du dx 1 u x Đặt : 1 1 x 1 x 1 x 1 2 2 2 2 x J xe e dx xe e x 1 2 2 x dv e dx v e 2 2 2 4 1 1 2
Thay vào (1) ta được : I= 1 x 1 x 1 x 1 2 2 2 2 2 x x e xe e C e 2
2x 2x 1 C 2 2 4 4 * Chú ý :
Qua hai ví dụ 6 và 7 ta thấy số lần lấy tích phân từng phần bằng với số bậc của đa thức
P(x) . Nghĩa là : số bậc của P(x) càng cao thì số lần lấy tích phân từng phần càng nhiều .
Bài toán 5: Tính tích phân bất định : I P(x)ln xdx PHƢƠNG PHÁP CHUNG
Ta lấy tích phân từng phần , theo các bước sau : dx du u x Bước 1: Đặt : ln x
dv P(x)dx
v P(x)dx
Bước 2: Thay vào công thức tích phân từng phần , ta được một tích phân quen
thuộc mà có thể tinh được bằng hai phương pháp đã biết .
Ví dụ 8: Tính tích phân bất định sau : I 2x 2xln xdx Giải dx ln du u x Đặt : x dv
2x 2xdx 1 3 2
v x x 3 Suy ra : 1 1 dx 1 1 3 2 3 2 3 2 2 I x x ln x x x x x ln x x dx xdx 3 3 x 3 3 1 1 1 I 3 2 3 2 x x ln x x x C 3 9 2
BÀI TẬP VỀ : PHƢƠNG PHÁP TÍCH PHÂN TỪNG PHẦN
Bài 1. Tính các tích phân bất định sau : a/ 2 2 1 x x e dx b/ 2 x s inxdx
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012 Trang 33
Bài số 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM NGUYÊN HÀM c/ x cos xdx d/ x e 2
1 t anx+tan x dx
Bài 2. Tính các tích phân bất định sau : 2 ln x a/ x e dx b/ dx x c/ 2 x e os c 3xdx
d/ sin ln x dx
Bài 3. Tính các tích phân bất định sau : a/ x 2 2 1 o c s xdx b/ 2
x b.dx b 0 c/ 3 x ln xdx d/ 2 x log xdx 2
Bài 4. Tính các tích phân bất định sau : x a/ 2
x 2sin 2xdx b/ dx 2 os c x 1sinx xe c/ 2
x 4x 8dx d/ dx 1 o c sx
Bài 5. Tính các tích phân bất định sau : 2 x x e a/ 2 b/ ln
x x 1dx x dx 2 2 1 1 x c/ ln dx d/ 2 3 x x e dx 2 1 x 1 x
Bài 6. Tính các tích phân bất định sau : ln x a/ dx b/ 2 x e os3 c xdx x 1 ln x ln 1 x c/ 3 sin xdx d/ dx 2 x Trang 34
Sưu tầm và biên soạn : Nguyễn Đình Sỹ - Tháng 1 năm 2012