第三章 积分学
考试大纲
- 理解原函数的概念,理解不定积分和定积分的概念
- 掌握不定积分的基本公式,掌握不定积分和定积分的性质
- 掌握定积分中值定理,掌握换元积分法与分部积分法
- 会求有理函数、三角函数有理式和简单无理函数的积分
- 理解积分上限的函数,会求它的导数
- 掌握牛顿-莱布尼茨公式
- 了解反常积分的概念,会计算反常积分
- 掌握用定积分表达和计算一些几何量与物理量
核心知识点
1. 不定积分的概念
如果在区间 上,可导函数 的导函数为 ,即对任一 ,都有:
那么函数 就称为 (或 )在区间 上的一个原函数。
不定积分: 在区间 上,函数 的带有任意常数项的原函数称为 (或 )在区间 上的不定积分,记作:
其中记号 称为积分号, 称为被积函数, 称为被积表达式, 称为积分变量。
如果 是 在区间 上的一个原函数,那么 就是 的不定积分,即:
2. 基本积分公式
| 导数公式 | 积分公式 |
|---|---|
| () | |
| $(\ln | x |
3. 换元积分法
第一类换元法(凑微分法)
设 具有原函数 , 可导,则有换元公式:
常用凑微分形式:
| 积分类型 | 凑微分形式 |
|---|---|
第二类换元法
设 是单调的可导函数,并且 。又设 具有原函数,则有换元公式:
常用换元:
| 被积函数含 | 换元 | 利用公式 |
|---|---|---|
| 去根号 |
4. 分部积分法
设函数 及 具有连续导数,则:
或
选择 和 的原则:
- 要容易求得
- 要比 容易积出
"反对幂指三"原则(选择 的优先级):
- 反:反三角函数
- 对:对数函数
- 幂:幂函数
- 指:指数函数
- 三:三角函数
排在前面的函数优先选作 。
5. 定积分的概念
设函数 在 上有界,在 中任意插入若干个分点:
把区间 分成 个小区间 ,长度为 。
在每个小区间 上任取一点 ,作乘积 ,并作出和:
记 ,如果当 时,这和的极限总存在,且与闭区间 的分法及点 的取法无关,则称这个极限 为函数 在区间 上的定积分,记作:
6. 定积分的性质
线性性质:
区间可加性:
保号性: 如果在区间 上 ,则 ()
估值定理: 设 及 分别是函数 在区间 上的最大值及最小值,则:
定积分中值定理: 如果函数 在积分区间 上连续,则在 上至少存在一个点 ,使下式成立:
7. 牛顿-莱布尼茨公式
如果函数 是连续函数 在区间 上的一个原函数,则:
记作 或 。
8. 积分上限函数
设函数 在区间 上连续,并且设 为 上的一点,考察定积分:
定理: 如果函数 在区间 上连续,则积分上限的函数 在 上可导,并且它的导数:
推论: 若 ,则:
典型例题
例题 1:第一类换元法
求
解:
注意到 ,令 ,则:
例题 2:第二类换元法
求 ()
解:
令 (),则 ,
由 ,得 ,且 ,因此:
其中 。
例题 3:分部积分法
求
解:
设 ,,则 ,
例题 4:定积分计算
求
解:
利用降幂公式:
例题 5:积分上限函数求导
设 ,求 。
解:
由积分上限函数求导公式:
易错点提醒
常见错误
忘记加积分常数
- 错误:
- 正确:
换元后忘记换回原变量
- 第二类换元法结果必须换回 的函数
分部积分时 和 选择不当
- 应遵循"反对幂指三"原则选择
定积分换元时忘记换限
- 定积分换元必须同时更换积分上下限
忽略被积函数的奇偶性
- 对称区间上的定积分,先判断奇偶性可简化计算
本章小结
- 理解原函数与不定积分的概念,掌握基本积分公式
- 熟练掌握两类换元积分法和分部积分法
- 理解定积分的概念和性质,掌握牛顿-莱布尼茨公式
- 掌握积分上限函数及其求导法则
- 会计算常见类型的不定积分和定积分
下一章预告: 微分方程——含有未知函数及其导数的方程