Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí)

Podobné dokumenty
II. 3. Speciální integrační metody

Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

Matematická analýza ve Vesmíru. Jiří Bouchala

Kapitola 7: Integrál. 1/17

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Kapitola 7: Integrál.

Integrální počet - I. část (neurčitý integrál a základní integrační metody)

Úvod. Integrování je inverzní proces k derivování Máme zderivovanou funkci a integrací získáme původní funkci kterou jsme derivovali

arcsin x 2 dx. x dx 4 x 2 ln 2 x + 24 x ln 2 x + 9x dx.

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika 0A1. Cvičení, zimní semestr. Samostatné výstupy. Jan Šafařík

F (x) = f(x). Je-li funkce f spojitá na intervalu I, pak existuje k funkci f primitivní funkce na intervalu I.

Úvod, základní pojmy, funkce

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0308. Matematika

7.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P7.1a]

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

Jan Kotůlek. verze 3 ze dne 25. února 2011

Teorie. Hinty. kunck6am

+ n( 1)n+1 (x 7) n, poloměr konvergence 6. 3.Poloměr konvergence je vždy +. a) f(x) = x n. (x 7) n, h(x) = 7 + 7(n+1)( 1) n. ( 1)n

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA I MODUL 7 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA NEURČITÝ INTEGRÁL

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet VY_32_INOVACE_M0307. Matematika

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

1 Neurčitý integrál 1.1 NEURČITÝ INTEGRÁL

Teorie. Hinty. kunck6am

Úvod, základní pojmy, funkce

Text může být postupně upravován a doplňován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na stažení souboru. Veronika Sobotíková

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

NEURČITÝ INTEGRÁL - CVIČENÍ

26. listopadu a 10.prosince 2016

Test M1-ZS12-2 M1-ZS12-2/1. Příklad 1 Najděte tečnu grafu funkce f x 2 x 6 3 x 2, která je kolmá na přímku p :2x y 3 0.

Matematická analýza 1b. 9. Primitivní funkce

Matematika II: Pracovní listy do cvičení

Seznámíte se s principem integrace metodou per partes a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.

1 Polynomiální interpolace

1. Písemka skupina A...

Matematika 1 pro PEF PaE

Seznámíte se s pojmem primitivní funkce a neurčitý integrál funkce jedné proměnné.

Michal Fusek. 10. přednáška z AMA1. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek 1 / 62

I. TAYLORŮV POLYNOM. 2. a) x x3, b) x x3 + x5, c) 1 + 2x x2 2x 4, f (4) (0) = 48, d) x , c)

Integrální počet - III. část (určitý vlastní integrál)

Pavel Kreml Jaroslav Vlček Petr Volný Jiří Krček Jiří Poláček

Matematická analýza 1, příklady na procvičení (Josef Tkadlec, )

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika I/1 BA06. Cvičení, zimní semestr

f (k) (x 0 ) (x x 0 ) k, x (x 0 r, x 0 + r). k! f(x) = k=1 Řada se nazývá Taylorovou řadou funkce f v bodě x 0. Přehled některých Taylorových řad.

Příklad 1 ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 12. a) 3 +1)d. Vypočítejte určité integrály: b) 5sin 4 ) d. c) d. g) 3 d. h) tg d. k) 4 arctg 2 ) d.

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika BA01. Cvičení, zimní semestr DOMÁCÍ ÚLOHY. Jan Šafařík

7. Integrální počet Primitivní funkce, Neurčitý integrál

1 Mnohočleny a algebraické rovnice

Elementární funkce. Polynomy

Matematika 1 sbírka příkladů

FUNKCE A JEJICH VLASTNOSTI

INTEGRÁLY S PARAMETREM

1 L Hospitalovo pravidlo

Bakalářská matematika I

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika I/2 BA07. Cvičení, zimní semestr

Integrální počet - II. část (určitý integrál a jeho aplikace)

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

x 2 +1 x 3 3x 2 4x = x 2 +3

+ c. n x ( ) ( ) f x dx ln f x c ) a. x x. dx = cotgx + c. A x. A x A arctgx + A x A c

7 Integrální počet funkce

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

Základy matematiky pro FEK

Matematika. Obálka ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE MASARYKŮV ÚSTAV VYŠŠÍCH STUDIÍ. Bakalářský program: Ekonomika a management

Petr Hasil. c Petr Hasil (MUNI) Množiny, číselné obory, funkce MA I (M1101) 1 / 125

Integrální počet funkcí jedné proměnné

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY - CVIČENÍ

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Repetitorium z matematiky

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

ÚSTAV MATEMATIKY A DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. Matematika AA01. Cvičení, zimní semestr DOMÁCÍ ÚLOHY. Jan Šafařík

f konverguje a g je omezená v (a, b), pak také konverguje integrál b a fg. Dirichletovo kritérium. Necht < a < b +, necht f : [a, b) R je funkce

P ˇ REDNÁŠKA 3 FUNKCE

Derivace a monotónnost funkce

MATEMATIKA I. Požadavky ke zkoušce pro skupinu C 1. ročník 2014/15. I. Základy, lineární algebra a analytická geometrie

Požadavky ke zkoušce. Ukázková písemka

Matematika II: Pracovní listy

4.3.1 Goniometrické rovnice

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

MATEMATIKA I Požadavky ke zkoušce pro 1. ročník, skupina A 2017/18

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Integrální počet. Substituce v určitém integrálu VY_32_INOVACE_M0311

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Wolfram Alpha. v podobě html stránky, samotný výsledek je často doplněn o další informace (např. graf, jiné možné zobrazení výsledku a

Kapitola 7: Integrál. 1/14

Matematika II: Řešené příklady

y = 1 x (y2 y), dy dx = 1 x (y2 y) dy y 2 = dx dy y 2 y y(y 4) = A y + B 5 = A(y 1) + By, tj. A = 1, B = 1. dy y 1

Proseminář z matematiky pro fyziky

VIDEOSBÍRKA DERIVACE

6. Bez použití funkcí min a max zapište formulí predikátového počtu tvrzení, že každá množina

Integrální počet - IV. část (aplikace na určitý vlastní integrál, nevlastní integrál)

Soubor příkladů z Matematické analýzy 1 (M1100) 1

Matematika II: Pracovní listy

f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. f(x) = (cos x) cosh x + 3x a nalezněte rovnici tečen ke grafu této funkce v bodech f(x) = (sin x) x2 + 3 cos x

Neurčitý integrál. Robert Mařík. 4. března 2012

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

4C. Polynomy a racionální lomené funkce. Patří mezi tzv. algebraické funkce, ke kterým patří také funkce s odmocninami. Polynomy

Příklad 1. Řešení 1a Máme vyšetřit lichost či sudost funkce ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 3

Posloupnosti a řady. 28. listopadu 2015

Transkript:

Integrální počet - II. část (další integrační postupy pro některé typy funkcí) Michal Fusek Ústav matematiky FEKT VUT, fusekmi@feec.vutbr.cz 7. přednáška z AMA1 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 1 / 16

Obsah 1 Integrace racionálních lomených funkcí 2 Integrace iracionálních funkcí 3 Integrace goniometrických funkcí Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 2 / 16

Integrace racionálních lomených funkcí Integrace racionálních lomených funkcí Každou racionální neryze lomenou funkci lze dělením převést na součet polynomu a ryze lomené racionální funkce. Každou racionální ryze lomenou funkci lze rozložit na součet parciálních zlomků. Stačí znát 4 typy integrálů z parciálních zlomků: A (1) ax + b dx, A (2) dx, n N, (ax + b) n Bx + C (3) ax 2 + bx + c dx, Bx + C (4) (ax 2 dx, n N, + bx + c) n kde A, B, C, a, b, c jsou reálná čísla a D = b 2 4ac < 0. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 3 / 16

Integrace racionálních lomených funkcí Typ (1) a (2) řešíme substitucí t = ax + b nebo užitím vzorců f (x) dx = ln f (x) + c f (x) a f (ax + b) dx = 1 F(ax + b) + c. a Příklad (1. typ) 3 2x 8 dx = 3 ln x 4 + c 2 Příklad (2. typ) 3 (2x 8) 3 dx = 3 4(2x 8) 2 + c Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 4 / 16

Integrace racionálních lomených funkcí Typ (3) řešíme převedením na součet: f (x) f (x) dx + D ax 2 dx (doplnění na čtverec arctg x) + bx + c Příklad (3. typ) 3x 6 x 2 + 2x + 5 dx = 3 2 ln(x 2 + 2x + 5) 9 2 arctg x + 1 + c. 2 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 5 / 16

Integrace racionálních lomených funkcí Typ (3), kde ale D = b 2 4ac 0, řešíme rozkladem na parciální zlomky typu (1) a dointegrováním. použitím vzorce 1 x 2 A 2 dx = 1 2A ln x A x + A + c. Příklad 3 2x 2 12x + 10 dx = 3 2 1 4 ln (x 3) 2 (x 3) + 2 = 3 8 ln x 5 x 1 + c. Typ (4) najdou zájemci ve skriptech. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 6 / 16

Příklad Integrace racionálních lomených funkcí Vypočítejte následující integrály z racionálních funkcí (parc. zlom.): (a) 1 x 3 +3x 2 +2x dx [ 1 2x + 1 2(x+2) 1 (b) 1 x 3 +x 2 +x dx (c) x 2 +3x+2 x 2 +x+2 dx (d) x 4 10x 3 +36x 2 46x+25 x 3 9x 2 +27x 27 Řešení: (a) 1 2 ln x(x+2) (x+1) 2 + c dx (b) 1 2 ln x 2 x 2 +x+1 1 3 arctg 2x+1 3 + c (c) x + ln x 2 + x + 2 2 7 arctg 2x+1 7 + c (d) x 2 2 x 11 (x 3) 2 8 x 3 + c x+1 [ 1 x x+1 x 2 +x+1 [ ] 1 + 2x x 2 +x+2 [ ] x 1 + 8 + 22 (x 3) 2 (x 3) 3 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 7 / 16 ] ]

Integrace iracionálních funkcí Integrace iracionálních funkcí Racionální lomenou funkci v proměnných α, β, γ,... budeme značit symbolem R(α, β, γ,... ). Tedy např. R(x, sin x) může zahrnovat funkce: x 2 2 sin 3 x sin 2, 2x + sin x, x sin x x 4 x 2 2 sin 3 x apod. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 8 / 16

Integrace iracionálních funkcí Je-li integrand typu R(x, n ax + b), n N, pak volíme t n = ax + b, ( t = n ax + b ). Tím dostaneme integrál z racionální lomené funkce. Příklad 2x 3 4x 1 dx = 4x 1 = t 3 x = t3 +1 4 4 dx = 3t 2 dt dx = 3 4 t2 dt = 3 3 (4x 1) 5 40 + 3 3 (4x 1) 2 16 + c. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 9 / 16

Integrace iracionálních funkcí Je-li integrand typu R(x, n 1 x, n 2 x,..., n k x), n1,..., n k N, pak t s = x, ( t = s x ), kde s je nejmenším společným násobkem čísel n 1,..., n k. Tím dostaneme integrál z racionální lomené funkce. Příklad 5 x 3 x x dx = dx x = t 10 t = 10 x = 10t 9 dt = 5 5 x 6 x + c. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 10 / 16

Integrace iracionálních funkcí Goniometrická substituce Je-li integrand typu R(x, a 2 x 2 ), pak volíme substituci x = a sin t nebo x = a cos t. Je-li integrand typu R(x, x 2 a 2 ), pak volíme substituci x = a sin t nebo x = a cos t. Je-li integrand typu R(x, x 2 + a 2 ), pak volíme substituci x = a tg t nebo x = a cotg t. Příklad Spočtěte [ 2x 2 dx. arcsin x x ] 1 x 2 + c 1 x 2 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 11 / 16

Příklad Integrace iracionálních funkcí Vypočítejte následující integrály z iracionálních funkcí: (a) 1 x x 4 dx (b) 1 x 1+ x dx [ x 4 = t 2 ] [ x = t 2 ] (c) 6 x+1 6 x 7 + 4 x 5 dx [ x = t 12, parc. zlom. ] (d) [ 1 dx x = tg t, u = sin t, 1 dx = 1 x 2 +1 x 2 A 2 2A ln x A x+a Řešení: (a) arctg x 4 2 + c (b) x + 4 x 4 ln( x + 1) + c 6 (c) 6 x + 12 12 + 24 ln 12 x 12 x + c x+1 (d) 1 2 ln sin(arctg x)+1 + c sin(arctg x) 1 ] + c Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 12 / 16

Integrace goniometrických funkcí Integrace goniometrických funkcí Necht je integrand typu R(sin x, cos x). Je-li integrand lichá funkce vůči proměnné sin x, tj. platí-li R( sin x, cos x) = R(sin x, cos x), pak volíme substituci t = cos x. Je-li integrand lichá funkce vůči proměnné cos x, tj. platí-li R(sin x, cos x) = R(sin x, cos x), pak volíme substituci t = sin x. Není-li integrand lichá funkce vůči proměnným sin x nebo cos x, pak lze volit univerzální substituci t = tg x 2. Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 13 / 16

Integrace goniometrických funkcí Příklad sin 2 x cos 5 x dx = t dt = sin x = cos xdx = 1 3 sin3 x 2 5 sin5 x + 1 7 sin7 x + c. Je-li integrand sudá funkce vůči proměnné sin x a cos x současně, tj. platí-li R( sin x, cos x) = R(sin x, cos x), pak lze volit substituci případně použít vzorce t = tg x, sin 2 x = 1 cos 2x 2 a cos 2 x = 1 + cos 2x. 2 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 14 / 16

Integrace goniometrických funkcí Univerzální substituce: t = tg x 2 Odvození: sin x = sin x 2 = 2t 1 t2, cos x = 1 + t2 1 + t 2, dx = 2 1 + t 2 dt t 1 + t 2 cos x 2 = 1 1 + t 2 sin x = sin 2 x 2 = 2 sin x 2 cos x 2 = 2 t 1+t 1 1+t = 2t 2 2 1+t 2 cos x = cos 2 x 2 = cos2 x 2 sin2 x 2 = 1 t2 = 1 t2 1+t 2 1+t 2 1+t 2 t = tg x 2 dt = 1 cos 2 x 2 1 2 2 dx dx = dt 1+t 2 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 15 / 16

Integrace goniometrických funkcí Příklad Vypočítejte následující integrály z goniometrických funkcí: (a) sin 3 x dx (b) 8 sin 2 x cos 2 x dx (c) 1 4 sin x 7 cos x 7 dx Řešení: (a) 1 3 cos3 x cos x + c (b) x 1 4 sin 4x + c (c) 1 4 ln 4 tg x 2 7 + c [t = cos x] [ ] vzorce sin 2 x, cos 2 x [ ] t = tg x 2 Michal Fusek (fusekmi@feec.vutbr.cz) 16 / 16