原书例题重述 · 19.1 · 原书 p. 411(PDF 第 436 页)↗
计算 。
写下我的思路
提示一 · 从哪里开始
先用平方恒等式,再处理绝对值。
提示二 · 关键转折
在 上正弦非负。
参考解答 · 完成尝试后再展开
被积函数为 ,积分 。如果区间改为 ,应分段,答案会是 4 而不是 0。
处理三角幂、根式换元与递推积分,并形成选法顺序。
根号里的 能直接开成 吗?
平方根始终非负。
先变成 ,再按积分区间判符号。含 、 等分母时,乘共轭可能引出平方恒等式。 与 用的是不同恒等式,差一个平方也会改变方法。
继续追问:在跨越多个周期的区间上,绝对值应怎样分段?
在每个正弦为零的位置分段,再按符号把绝对值写成正弦或其负值。
为什么奇数幂通常比偶数幂容易?
留一个正弦或余弦因子,可以形成微分。
若正弦幂为奇数,留 ,其余用 ,设 ;余弦幂奇数同理。两者均偶数时用半角降幂。适用的是非负整数幂的常用流程,负幂和分式可能需要先转换。
继续追问:换元中负号来自哪里?
来自 。
积分中该保留 还是 ?
看它们分别是谁的导数。
正割偶次幂常留 后令 ;正切奇次幂且有正割因子时可留 ,令 。只剩正切幂可用 降次;余切、余割有类似路线但注意负号。递推公式通常由分部积分产生。
继续追问:递推最后会停在什么基本积分?
偶幂最终降至 ,奇幂最终降至 。
三种二次根式为什么需要三种代换?
分别对应 、、。
取 ; 取 ; 常取 ,但必须按原定义域选择角区间与符号。二次式先配方再移变量。回代可用三角形,也可直接代数转换。
继续追问:为什么 一般是 ?
开平方取非负值,不能把可能为负的正割直接当作平方根。
怎样避免对一道积分无目的地试公式?
先观察结构,再做成本最低的化简。
检查基本反导、常数因子与恒等式;寻找内函数导数;乘积考虑分部;有理式考虑除法及部分分式;二次根式考虑配方和三角换元。得到原函数后求导检查。某些连续函数没有初等原函数,此时定积分仍有意义,可用数值或级数估计。
继续追问:“没有找到初等原函数”能否推出“定积分不存在”?
不能。连续函数在闭区间仍可积,是否存在初等原函数是另一问题。
本书没有独立章末习题集。以下明确区分原书例题、正文结论改编及补充自测;页码是印刷页码,链接另标 PDF 页序。延伸问法已在题目或解答中说明。
原书例题重述 · 19.1 · 原书 p. 411(PDF 第 436 页)↗
先用平方恒等式,再处理绝对值。
在 上正弦非负。
被积函数为 ,积分 。如果区间改为 ,应分段,答案会是 4 而不是 0。
原书例题重述 · 19.3.1 · 原书 p. 423(PDF 第 448 页)↗
令 且 。
积分化为 。
得到 ,回代为 。所选区间使 ,因此开平方时没有遗漏绝对值符号。
补充自测 · 对应 19.2 · 本笔记编写
留一个正弦作微分。
设 ,。
积分为 ,即 。求导可以核验负号。