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

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

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

Pavel Kreml Jaroslav Vlček Petr Volný Jiří Krček Jiří Poláček

f( x) x x 4.3. Asymptoty funkce Definice lim f( x) =, lim f( x) =, Jestliže nastane alespoň jeden z případů

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

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

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.

Teorie. kuncova/

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

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA NEURČITÝ INTEGRÁL

Kapitola 7: Neurčitý integrál. 1/14

Kapitola 7: Integrál. 1/17

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.

dx se nazývá diferenciál funkce f ( x )

Příklad 1. Řešení 1a Máme určit obsah rovinné plochy ohraničené křivkami: ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1A ČÁST 14. a) =0, = 1, = b) =4, =0

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

h = 0, obr. 7. Definice Funkce f je ohraničená shora, jestliže x Df Funkce f je ohraničená zdola, jestliže x Df d R

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

, = , = , = , = Pokud primitivní funkci pro proměnnou nevidíme, pomůžeme si v tuto chvíli jednoduchou substitucí = +2 +1, =2 1 = 1 2 1

Matematika 1 pro PEF PaE

Derivace funkce. Přednáška MATEMATIKA č Jiří Neubauer

2 Fyzikální aplikace. Předpokládejme, že f (x 0 ) existuje. Je-li f (x 0 ) vlastní, pak rovnice tečny ke grafu funkce f v bodě [x 0, f(x 0 )] je

Management rekreace a sportu. 10. Derivace

V této chvíli je obtížné exponenciální funkci přesně definovat. Můžeme však říci, že

8.1. Separovatelné rovnice

Nejčastějšími funkcemi, s kterými se setkáváme v matematice i v jejích aplikacích, jsou

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

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

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

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

4.3. GONIOMETRICKÉ ROVNICE A NEROVNICE

Kapitola 7: Integrál.

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.

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

Derivace funkce. Obsah. Aplikovaná matematika I. Isaac Newton. Mendelu Brno. 2 Derivace a její geometrický význam. 3 Definice derivace

{ } Ox ( 0) 4.2. Konvexnost, konkávnost, inflexe. Definice Obr. 52. Poznámka. nad tečnou

1 Integrální počet. 1.1 Neurčitý integrál. 1.2 Metody výpočtů neurčitých integrálů

Cyklometrické funkce

c ÚM FSI VUT v Brně 20. srpna 2007

7.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P7.1a]

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

= 0,1 1,3. je oblast ohraničená přímkami =, =, =0 :0 1, : =2, =, =1

8.2. Exaktní rovnice. F(x, y) x. dy. df = dx + y. Nyní budeme hledat odpověd na otázku, zda a jak lze od této diferenciální formule

. 1 x. Najděte rovnice tečen k hyperbole 7x 2 2y 2 = 14, které jsou kolmé k přímce 2x+4y 3 = 0. 2x y 1 = 0 nebo 2x y + 1 = 0.

DERIVACE FUNKCE, L HOSPITALOVO PRAVIDLO

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

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

Cyklometrické funkce

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

1. Písemka skupina A...

8.3). S ohledem na jednoduchost a názornost je výhodné seznámit se s touto Základní pojmy a vztahy. Definice

PRIMITIVNÍ FUNKCE DEFINICE A MOTIVACE

Matematika vzorce. Ing. Petr Šídlo. verze

(FAPPZ) Petr Gurka aktualizováno 12. října Přehled některých elementárních funkcí

SPECIÁLNÍCH PRIMITIVNÍCH FUNKCÍ INTEGRACE RACIONÁLNÍCH FUNKCÍ

PRIMITIVNÍ FUNKCE. Primitivní funkce primitivní funkce. geometrický popis integrály 1 integrály 2 spojité funkce konstrukce prim.

4.2. CYKLOMETRICKÉ FUNKCE

Teorie. Hinty. kunck6am

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

II. 3. Speciální integrační metody

Diferenciální rovnice

Základy matematické analýzy

Diferenciální rovnice 3

Limita a spojitost funkce

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

2.6. Vlastní čísla a vlastní vektory matice

3.3. Derivace základních elementárních a elementárních funkcí

Čebyševovy aproximace

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

Derivace úvod. Jak zjistit míru změny?

Diferenciální rovnice separace proměnných verze 1.1

Matematika 1. 1 Derivace. 2 Vlastnosti a použití. 3. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 16

a a

NEURČITÝ INTEGRÁL - CVIČENÍ

Matematika 1. Matematika 1

Teorie. Hinty. kunck6am

Konvergence kuncova/

Integrální počet funkcí jedné proměnné

30. listopadu Derivace. VŠB-TU Ostrava. Dostupné: s1a64/cd/index.htm.

3. Derivace funkce Definice 3.1. Nechť f : R R je definována na nějakém okolí U(a) bodu a R. Pokud existuje limita f(a + h) f(a) lim

Řešení. Označme po řadě F (z) Odtud plyne, že

1 1 x 2. Jedná se o diferenciální rovnici se separovanými proměnnými, která má smysl pro x ±1 a

Katedra aplikované matematiky, VŠB TU Ostrava.

Pro jakou hodnotu parametru α jsou zadané vektory kolmé? (Návod: Vektory jsou kolmé, je-li jejich skalární součin roven nule.)

f(c) = 0. cn pro f(c n ) > 0 b n pro f(c n ) < 0

MATEMATIKA. Příklady pro 1. ročník bakalářského studia. II. část Diferenciální počet. II.1. Posloupnosti reálných čísel

8 Limita. Derivace. 8.1 Okolí bodu. 8.2 Limita funkce

Pojem limity funkce charakterizuje chování funkce v blízkém okolí libovolného bodu, tedy i těch bodů, ve kterých funkce není definovaná. platí. < ε.

9.4. Rovnice se speciální pravou stranou

Zimní semestr akademického roku 2015/ ledna 2016

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

Začneme obráceným postupem k počítání derivací, tj. hledáním funkcí, jejichž derivaci známe.

Digitální učební materiál

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.

7B. Výpočet limit L Hospitalovo pravidlo

Soustavy lineárních diferenciálních rovnic I. řádu s konstantními koeficienty

Maturitní témata z matematiky

1. Funkce dvou a více proměnných. Úvod, limita a spojitost. Definiční obor, obor hodnot a vrstevnice grafu

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

9.3. Úplná lineární rovnice s konstantními koeficienty

Transkript:

.. Integrace metodou per partes.. Integrace metodou per partes Průvodce studiem V předcházející kapitole jsme poznali, že integrování součtu funkcí lze provést jednoduše, známe-li integrály jednotlivých sčítanců (věta..). Součin funkcí už obvykle nelze integrovat jednoduše. Problém je v tom, že neeistuje univerzální algoritmus pro integrování součinu funkcí (to je podstatný rozdíl proti derivování součinu funkcí!). V některých případech lze integrovat součin funkcí metodou per partes (čili po částech). Cíle Seznámíte se s principem integrace metodou per partes a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat. Předpokládané znalosti Předpokládáme, že znáte pojem primitivní funkce k dané funkci, znáte základní integrály uvedené v tabulce.. a umíte vypočítat jednoduché integrály úpravou integrované funkce (integrandu). Výklad Pro integrování součinu dvou funkcí f ( ) g( ) f ( ) g ( d ) = f ( d ) g ( d ) obecně neplatí!!! Avšak ze vztahu pro derivování součinu dvou funkcí ( u v) = u v+ u v dostaneme u v= ( u v) u v a odtud integrováním u v d= [ ( u v) u v ] d= u v u vd. Věta... (Integrování per partes, čili po částech) Mají-li funkce u ( ) a v ( ) v intervalu ( ab, ) spojitou derivaci, pak v ( ab, ) platí u ( ) v( ) d= u( ) v( ) u( ) v ( ) d. Poznámka Integrační metoda se nazývá per partes (po částech), neboť se integrál z funkce f ( ) = u ( ) v( ) vypočte jen zčásti. Zbývá totiž vypočíst další integrál z funkce - 0 -

.. Integrace metodou per partes g ( ) = u ( ) v ( ). Integrování metodou per partes vyžaduje určitou prozíravost, abychom, pokud možno, volili funkce u ( ) a v ( ) tak, aby byl integrál g( ) d = u( ) v ( ) d jednodušší. Řešené úlohy Příklad... Vypočtěte integrál ( + )cos d Použijeme metodu per partes, přičemž položíme u = cos, v= +, takže u = sin, v = +. Proto je ( + )cos d = ( + )sin ( + )sin d. K výpočtu posledního integrálu opět použijeme metody per partes, přičemž položíme u = sin, v= +, takže u= cos, v =.. Dostaneme ( + )sin d = ( + )cos + cos d = ( + )cos + sin + C Je tedy d + = + + + + C ( )cos ( )sin ( )cos sin. Kdybychom v daném integrálu zvolili u = +, v= cos, bylo by u = + v = sin a daný integrál bychom dostali ve tvaru + d = + + + d ( )cos cos sin, což je integrál složitější než původní. Příklad... Vypočtěte integrál ln d Pokud bychom stejně jako v úloze a) volili u = ln nás v tomto okamžiku obtížný. Proto volíme, u =, v= ln, v =, dostaneme u = ln d. Tento integrál je však pro - -

.. Integrace metodou per partes takže u =, v =. ln d= ln d= ln + C 9. Pro jednoduché typy integrálů postupujeme podle následujícího schématu: Jednoduché typy integrálů řešitelných metodou per partes. Je-li P ( ) polynom stupně n, pak u integrálů typu: P ( )sind, P ( )cosd, Ped ( ), P ( )a d položíme v= P( ), takže v = P ( ), kdežto u integrálů typu: položíme P ( )lnd, P ( )arctgd, P ( )arccotg d, P ( ) arcsin d, P ( )arccosd u = P( ), takže u = P( ) d, kde P ( ) je polynom stupně n 0 (tedy i konstanta). Řešené úlohy Příklad... Vypočtěte integrál arctg d Integrovanou funkci můžeme výhodně zapsat ve tvaru arctg = arctg. u = v= arctg d = = d = d u = v = + + + arctg arctg arctg = - -

= arctg ln( + ) + C... Integrace metodou per partes Při výpočtu druhého integrálu jsme použili vztah [] z tabulky... Příklad..4. Vypočtěte integrál e d. u = e v= e d= = e + e d = u = e v = u = e v= = = e e + e d= e e e + u = e v = C. Příklad..5. Vypočtěte integrál n ln d n u = v= ln n+ n n ln d= n+ = ln d= u = v = n+ n+ n+ n+ n+ n+ = ln + C = ln n + C. + ( n + ) n+ n+ Speciálně pro n = 0 dostáváme ln d = (ln ) + C. Příklad..6. Vypočtěte integrál e cos( ) d. V tomto případě lze volit u = e. K cíli však povede i volba u = cos( ). u = e v= cos( ) e cos( ) d= = e cos( ) e sin( ) d = u = e v = sin( ) u = e v= sin( ) = = e cos( ) e sin( ) + e cos( ) d = u e v cos( ) = = - -

.. Integrace metodou per partes e cos( ) + e sin( ) 4 e cos( ) d. Jestliže hledaný integrál označíme symbolem I = e cos( ) d, dostáváme rovnici I = e cos( ) + e sin( ) 4I. Z této rovnice vypočteme neznámou I 5I = e cos( ) + e sin( ), e I = e cos( ) + e sin( ) = [ sin( ) cos( ) ] + C. 5 5 Poznámka Stejně jako v příkladu..6 se někdy stává, že při použití metody per partes dostaneme násobek hledaného integrálu: f ( d ) = F( ) + k f( d ) (k je konstanta). Je-li k, lze hledaný integrál vypočítat převedením integrálů na stejnou stranu rovnice. Tedy ( k) f( ) d= F( ), odkud f ( d ) = F( ) + C. k Kontrolní otázky. Proč se integrační metoda nazývána per partes?. Lze integrál e e d = e d e d rovná tento integrál?. Jak by se podle věty.. vypočítal integrál typu u ( ) v ( ) d? počítat naznačeným způsobem? Čemu se 4. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu sin d? 5. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu 6. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu 7. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu ln d? ln d? 8. Doplňte funkci v, ( ) je-li u ( ) = a výsledný integrál je e sin d? ln I = + C. 4-4 -

9. Doplňte funkci v ( ), je-li u ( ) = sin a výsledný integrál je I = cos+ sin +C. 9.. Integrace metodou per partes 0. Doplňte funkci v ( ), je-li u ( ) = a výsledný integrál je I = ln ln + + C.. a) Úlohy k samostatnému řešení. a) sin d b) ( + ) cosd c) cos d e d e) ( + ) e d f) ln d b) arctgd c) ln d ln d e) ln d f) 4 arctgd. a) ln d b) ln d c) arctg d arccotg d e) arcsin d f) arccos d 4. a) e cos d b) e sin d c) cos d cos( ln ) d e) sin ( ln ) d f) e sin d 5. a) d b) sin arcsin d ln ( cos ) d c) ar ctg ( + ) cos e) ln d f) e d ( + ) d d Výsledky úloh k samostatnému řešení. a) ( ) cos+ sin+ C; b) + sin + cos + C ; c) 6 sin + cos + C ; e + C f) ln + + ln ln.. a) ln + C e 4 + + C; ; e) ( ) ; b) ( ) + arctg + C; c) ln + C; ln + C; e) ln ln + + C ; - 5 -

arctg + + C.. a) ln C 4 f) ( ) c) arctg ln ( + ) +C; arccotg ln ( ) f) arccos.. Integrace metodou per partes + ; b) ( ln ln ) + + C; + + + C; e) arcsin + + C; +C. 4. a) e ( sin cos ) b) e ( cos+ sin) C ) + +C ; + ; c) ( sin lncos ) 4+ ln + + C; ( sin ln ) + C ; (cos( ln ) + sin ( ln ) + C; e) ( ) cos ( ln ) f) e sin + cos + C. 5. a) ln sin cotg+ C ; 5 0 b) tg ( ln ( cos ) ) arcsin + +C; c) arctg ( ) ln ( 4 0) +C ; e) ( ln ln 6ln 6) Kontrolní test + + + + + C 4 ; + + C ; f) e + C. +. Doplňte funkci v, ( ) je-li u ( ) = a výsledný integrál je a) v ( ) = sin, b) v ( )= sincos, I = cos + sin + C. 4 8 c) v( ) = sin, v ( ) = sin.. Doplňte funkci v, ( ) je-li u ( ) = a výsledný integrál je I = ln ln + + C. a) v ( ) = ln, b) v ( ) = ln, c) v ( ) = ln, v ( ) = ln.. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu a) u =, v= arctg, b) u = arctg, v=, c) u =, v = arctg. u = arctg, v= 4. Jak volit funkce u ( ) a v ( ) při výpočtu integrálu a), u = v= e, b) arctg d? d? e, u = v= e, c), e u = v=, u =, v= e. - 6 -

5. Vypočtěte neurčitý integrál d. cos a) cotg ln sin +C, b) tg + ln cos + C, c) tg ln cos 6. Vypočtěte neurčitý integrál + C, cotg + ln sin + C. ln cos d sin. a) cotg ln cos + C, b) cotg ln cos + + C, c) cotg ln cos + C, cotg ln cos + + C. 7. Vypočtěte neurčitý integrál a) b) c) ( )sind. ( + )cos ( )sin+ cos+c, 4 ( )cos ( )sin+ cos+ C, ( + )cos + ( )sin cos+ C, ( + )cos + ( )sin+ cos+c. 4 8. Čemu se rovná neurčitý integrál d? a) + C, b) ( ) + C, ln ln ln ln c) ln+ C, + + C. ln ln 9. Čemu se rovná neurčitý integrál ln( d )? a) c) ln( ) ( + ) +C, b).. Integrace metodou per partes ln( ) + ( + ) + C, + + C, ln( ) ln( ) ( ) + + C. - 7 -

.. Integrace metodou per partes 0. Čemu se rovná neurčitý integrál e sin d? a) e (sin + cos ) +C, b) e (sin cos ) + C, 5 5 c) e (sin cos ) +C, e (cos + sin ) + C. 5 Výsledky testu. b);. ;. a); 4. c); 5.b); 6. a); 7. ; 8. b); 9. a); 0. b). Průvodce studiem Pokud jste správně odpověděli nejméně v 8 případech, pokračujte další kapitolou. V opačném případě je třeba prostudovat kapitolu. znovu a propočítat další úlohy k samostatnému řešení. Shrnutí lekce Pro integraci součinu dvou funkcí f ( ) g( ) nelze nalézt obecnou formuli (na rozdíl od derivování součinu funkcí). Při integraci součinu funkce a derivace jiné funkce lze často užít metodu per partes (po částech). Nejčastěji je tato metoda využívána při výpočtu integrálů typu P ( ) f( d ), kde P ( ) je polynomická funkce (může být i P ( ) = ) a f ( ) je trigonometrická, eponenciální, logaritmická nebo cyklometrická funkce. Metoda bude úspěšná, pokud zbývající integrál bude jednodušší než integrál původní. - 8 -