有理函数积分法精选
4(4)有理函数及三角函数有理式的积分(1)
原式=
5u + 2 (u2 + 1)2
du
5 2
d(u2 + 1)
(u2 + 1)2 + 2
du (u2 + 1)2
51
u
- 2 u2 + 1 + u2 + 1 + arctanu + C
递推公式
回代
2x -7 2( x2 - 2x + 2) + arctan( x - 1) + C
书上无
Q( x)
部分分式的和, 如果分母多项式Q( x)在实数域
上的质因式分解式为:
Q( x) b0( x - a) ( x2 + px + q) ,( p2 - 4q 0)
, 为正整数, 则 P( x) 可唯一的分解为:
Q( x)
4
有理函数的积分
Q( x) b0( x - a) ( x2 + px + q) ,( p2 - 4q 0)
+ arctan x + C
说明:当被积函数是假分式时,应把它分为 一个多项式和一个真分式,分别积分.
9
有理函数的积分
例2 求
x+3 x2 - 5x + 6 dx
解
x2
x+3 -5x + 6
(x
x+3 - 2)( x - 3)
A+ x-2
B x-3
因式分解 x + 3 A(x - 3) + B(x - 2)
Ap
At + (B - )
2
4.1.4有理函数的积分
( x 2 + px + q ) n
前面三种积分已在例题中介绍了它们的解法， 前面三种积分已在例题中介绍了它们的解法，最后 已在例题中介绍了它们的解法
一种积分方法较繁，可查阅积分表中的公式. 一种积分方法较繁，可查阅积分表中的公式. 中的公式
dx
1 2x + 2 1 dx + ∫ dx = ∫ 2 x2 + 2x + 2 x2 + 2x + 2
1 d( x 2 + 2 x + 2) d ( x + 1) = ∫ +∫ 2 2 x + 2x + 2 ( x + 1) 2 + 1 2
1 = ln x 2 + 2 x + 2 + arctan( x + 1) + C . 2
二、三角函数有理式的积分
1．三角函数有理式
由常数和三角函数经过有限次四则运算所得到的函数
称为三角函数有理式， 表示. 称为三角函数有理式，可用 R(sin x , cosx ) 表示. 三角函数有理式
2．半角代换法
2 R(sinxx= t cos则 dx 可用半角代换法化为有理函数的积分. , ， x ) x =可用半角代换法化为有理函数的积分. 2arctant ， dx = dt ， 令 tan
(t + 1)2 t 2 + 2t + 1 令 x − 1 = t, dx = d t dx ②∫ ∫ t 20 dt = ∫ t 20 dt ( x − 1)20
x2
t −17 t −18 t −19 − − +C = ∫ (t −18 + 2t −19 + t −20 )dt = − 17 9 19 1 1 1 =− − − +C . 17 18 19 17( x −1) 9( x −1) 19( x −1)
有理函数——精选推荐
本单元的重点与难点
1.重点：有理函数的部分分式分解方法． 2难点：将三角函数的有理函数，简单无理根式化为有 理函数的方法． 教学时数 3-4学时．
一、有理函数的不定积分
1.有理函数的部分分式分解方法
有理函数是指由两个多项式的商所表示的函数，即具
有如下形式的函数：
( ) P x ( ) Q x
=
a0 xn b0 xm
⎟⎟⎠
⎥ ⎥ ⎦
t
=
x
+
p,a 2
=
q− p2 4
dt t2 +a2 n
而
∫ ( ) ( ) ∫ ( ) In−1 =
( ) dt
t2 + a2
n −1
=
t t2 + a2
n−1 + 2
n −1
t2 t 2 + a2 n dt
( ) ∫ ( ) ( ) =
t t2 + a2
n−1 + 2(n − 1)
⎠
= a2 + b2 (sinϕsin x + cosϕcos x)
= a2 + b2 cos( x −ϕ)
其中ϕ = arctan a , 则
b
∫
a sin
dx x+b
cos
x
=
1 a2 +
b2
∫
cos
(
1 x
−
ϕ
)dx
= 1 ln sec( x − ϕ ) + tan ( x − ϕ ) + C
N
−
Mp ⎞ 2 ⎟⎠
dx
⎡⎢⎣⎢⎛⎝⎜
x
+
有理函数的积分
§6.3 有理函数的积分法（1）【导语】 【正文】一、有理函数的积分设()n P x 与()m Q x 分别是n 次和m 次多项式，则称()()m n Q x P x 为有理函数； 当m n <时，()()m n Q x P x 称为真分式；当m n ≥时，()()m n Q x P x 称为假分式． A ax b +，()k A ax b +，2Bx C px qx r +++，2()kBx Cpx qx r +++称为最简分式（部分分式）． 定理6（多项式除法定理）任意一个假分式都可以表示成一个多项式与一个真分式之和．当m n ≥时，设()()()()()m n n Q x R x S x P x P x =+，则 ()()d ()d d ()()m nn Q x R x x S x x x P x P x =+∫∫∫． Remark 有理函数的积分问题转化为真分式的积分问题！（一）分母为一次重因式的真分式的积分法例1 求积分2353d (2)x x x ++∫．解 令 232353(2)2(2)(2)x A B Cx x x x +=++++++． 将右端通分得22323353(2)(2)(2)2(2)(2)(2)x A B C A x B x Cx x x x x +++++=++=+++++． 比较两端分子对应项的系数得5,40,42 3.A A B A B C =+=++=解得 5,20,23.A B C ==− =所以23235352023(2)2(2)(2)x x x x x +=−+++++， 于是2353d (2)x x x ++∫2352023d d d 2(2)(2)x x x x x x =−++++∫∫∫ 220235ln 222(2)x C x x =++−+++． （二）分母为不同一次因式乘积的真分式的积分法对于d ()()cx dx x a x b +−−∫，可令()()cx d A Bx a x b x a x b+=+−−−−， 等式右端通分得()()()()()()cx d A B A x b B x a x a x b x a x b x a x b +−+−=+=−−−−−−．比较两端分子对应项的系数得待定系数A 和B 满足的一次方程组，求出,A B 的值．于是d d d ln ||ln ||()()cx dA Bx x x A x a B x b C x a x b x a x b +=+=−+−+−−−−∫∫∫． 例2 求积分2d (3)(5)x x x x −−−∫．解 令2(3)(5)35x A Bx x x x −=+−−−−． 等式右端通分得2()(53)(3)(5)35(3)(5)x A B A B x A B x x x x x x −+−+=+=−−−−−−． 比较两端分子对应项的系数得1,53 2.A B A B +=+=解得12A =−，32B =．所以13222(3)(5)35x x x x x −−=+−−−−． 于是2d (3)(5)x x x x −−−∫113113d(3)d(5)ln 3ln 5232522x x x x C x x =−−+−=−−+−+−−∫∫．（三）分母为二次多项式(没有实根)的真分式的积分法1．积分21d x x px q++∫假设240p q −<，则22211d d 4()24x x p q p x px q x =−++++∫∫．记2pu x =+，A21d x x px q ++∫221d u u A =+∫1arctan uA A=C ．2．积分2d (0)ax bx a x px q+≠++∫假设240p q −<，则2222(2)()d d d 2bb x x p p ax b a a a x a x x x px q x px q x px q+++−+==++++++∫∫∫ 222d()21()d 22a x px q a bp x x px q a x px q +++−++++∫∫ 2221ln()d 22a a bx px q p x ax px q+++− ++ ∫． （四）分母为二次重因式的真分式的积分法例3 求积分322221d (1)x x x x x −+++∫．解 令3211222222221(1)1(1)A x B A x B x x x x x x x x ++−+=+++++++． 等式右端通分得32321122111121122222222()()21(1)1(1)(1)A x B A x B A x A B x A A B x B B x x x x x x x x x x +++++++++−+=+=++++++++．比较两端分子对应项的系数得111121121,2,0,1.A A B A A B B B = +=− ++= += 解得11221,3,2,4.A B A B ==− = = 所以 32222222132(2)(1)1(1)x x x x x x x x x x −+−+=+++++++． 对于积分23d 1x x x x −++∫，有2231(21)7d d 121x x x x x x x x −+−=++++∫∫221d(1)7212x x x x ++−++∫217ln(1)22x x C ++−．对于积分222(2)d (1)x x x x +++∫，有2222222222(2)(21)3d(1)1d d 3d (1)(1)(1)(1)x x x x xx x x x x x x x x x +++++==+++++++++∫∫∫∫222113d 13(1)[()]24x x x x =−+++++∫，其中22212d 133[()]3()244x x C x x =++++∫． （Remark 对于22d ()n nxI a x =+∫，有122222122()n nn n x I I na na a x +−=++） 于是32222222132(2)d d d (1)1(1)x x x x x x x x x x x x x −+−+=+++++++∫∫∫222112ln(1)32(1)4x x x C x x x ++−+++++．（五）分母为一次因式与二次因式乘积的真分式的积分法 对于积分22d ()()bx cx d xx a x px q ++−++∫2(40)p q −<，令 222()()bx cx d A Bx Cx a x px q x a x px q+++=+−++−++． 等式右端通分后，根据分子相等得恒等式22()()()bx cx d A x px q Bx C x a ++≡++++−．比较两端对应项的系数得待定系数,,A B C 满足的一次方程组，求出,,A B C 的值． 于是22d ()()bx cx dxx a x px q ++−++∫22d d ln ||d A Bx C Bx C x x A x a x x a x px q x px q +++=−+−++++∫∫∫．Remark1 在上述积分问题中牵扯到的简单积是： （1）d Ax ax b+∫ln Aax b C a++； （2）()d kAxax b +∫11(1)()k A C a k ax b −+−+；(0,1)k k >≠ （3）22d (40)Bx Cx q pr px qx r+−<++∫“2211211d d 2211x x x x x x x x x ++=+++++∫∫”（4）22d (40,0,1)()kBx Cx q pr k k px qx r +−<>≠++∫“2211211d d 22(1)(1)k k x x x x x x x x x ++=+++++∫∫．Remark2A ax b +，()k A ax b +，2Bx C px qx r +++，2()kBx Cpx qx r +++称为最简分式． 定理7 设()()Q x P x 是一真分式，则其可表示成最简分式之和，且表示形式唯一． 设 221122111222()()()()()k l P x a x b a x b p x q x r p x q x r =++++++ ，则12211222222()()()()k k A A A Q x AP x a x b a x b a x b a x b =++++ ++++112222222111222222222()()l l l B x C B x C B x C Bx Cp x q x r p x q x r p x q x r p x q x r +++++++++ +++++++++ ．【本讲总结与下讲预告】。
高等数学 第四节 有理函数的积分
有理函数的积分
P 210 −
初等函数 f ( x ) 在它的定义域上是连续 的 , 它的不定积
分 I = ∫ f ( x ) dx 一定存在 , 但是却不一定能把 I 用初等函数
表示出来 , 例如 sin x , x
1 , ln x
e
− x2
,
sin x2 .
我们称这些函数 "积不出来" , "积不出来" 不能说明它 的原函数不存在 .
⌠ x+ p d 2 In = n 2 p p2 x + 2 + q − 4 ⌡
1 u + I1 + c , I2 = 2 2 2a u + a 2
In =
1 u + ( 2n − 3) I n −1 + c . n 2a 2 ( n − 1) ( u 2 + a 2 ) −1
B D − 1 Bp ⋅ I = n 2 n −1 + 2 2 (1 − n) ( x + px + q )
4
⌠ I n = 2 du 2 n , ⌡ (u + a )
p p2 u= x+ , a = q− . 2 4
我们已经知道 : I1 = 1 arctan u + c , a a
2
⇒
1− u , 2u sin x = , cos x = 2 1+ u2 1+ u
1+ u2
x
2u
1− u2
x = 2arctanu ,
dx = 2 du . 1+ u2
高数讲义第四节有理函数的积分全
例9
求积分
1
x
1 xdx x
解 令 1 x t 1 x t2,
x
x
x
t
1 2
, 1
dx
2tdt t2 1
2,
例9
求积分
1
x
1 xdx x
解
令 1 x t x
x
xt2211a12,dxdx
1
2a
ln
x2tdat tx2 a1
2
C,
1 x
1
x
xdx
t
2
1t
t
2
2t
12
dt
2
x
2)
1
A 2x
Bx 1
C x2
解：令：
x
1 (1
x)
2
A x
B 1 x
C (1 x)
2
1 A(1 x)2 B x(1 x) C x
取 x1, 得 C 1; 取 x0, 得 A1;
再取 x 2 , 得 1 (1 2)2 B2(1 2) 2 , B 1 ;
1 x (1 x) 2
t
3
1 t 1
1dt
6
(t
2
t
1
t
1
)dt 1
2t 3 3t 2 6t 6 ln | t 1 | C
2 x 1 33 x 1 36 x 1 6 ln(6 x 1 1) C.
说明 无理函数去根号时, 取根指数的最小公倍数.
例11 求积分
x 3x 1
dx. 2x 1
解 先对分母进行有理化
f (x) 为真分式 , 当 m n 时
f (x) 为假分式
有理函数的不定积分
例5. 求
( x 2 x 2) (2 x 2) d x 解: 原式 2 2 ( x 2 x 2)
dx d( x 2 x 2) 2 2 2 ( x 1) 1 ( x 2 x 2)
2
2
1 C arctan(x 1) 2 x 2x 2
2
2
例11. 求 解: 为去掉被积函数分母中的根式, 取根指数 2, 3 的最小公倍数 6, 令 x t , 则有 5 1 2 6 t d t 原式 3 2 6 ( t t 1 ) dt 1 t t t
6
6
2 1t 3 1 ln 1 t t t 3 2
2
例3. 求 解: 原式
x 2x 3 2 d( x 1) 1 d( x 2 x 3) 3 2 2 x 2x 3 ( x 1) 2 ( 2 ) 2 3 x 1 1 2 arctan C ln x 2 x 3 2 2 2
1 ( 2 x 2) 3 2
例2. 求 解: 已知 1 1 4 2x 1 2 2 (1 2 x)(1 x ) 5 1 2 x 1 x 1 x 2
2 d(1 2 x) 1 d(1 x ) 1 dx 原式 2 2 5 5 1 2x 5 1 x 1 x 2 1 1 2 ln 1 2 x ln (1 x ) arctan x C 5 5 5
1 Bx C A 2 (1 2 x)(1 x ) 1 2 x 1 x 2
A(1 x 2 ) ( Bx C )(1 2 x) 2 (1 2 x)(1 x ) 2 1 A(1 x ) ( Bx C)(1 2x), 1 4 1 取x 得A , 取x 0得1 A C, C , 5 5 2 2 取x 1得1 2 A 3( B C), B
有理函数的不定积分例题(由简单到复杂)
有理函数的积分1、单项式积分：(1)⎰dx 0=C.(2)⎰dx =x+C.(3)⎰dx 2=2x+C. (4)⎰dx 31=3x +C.(5)⎰adx =ax +C. (a 为常数)(6)⎰xdx =22x +C. (7)⎰xdx 2=x 2+C. (8)⎰xdx 32=⎰xdx 231=32x +C. (9)⎰dx x 2=331x +C.(10)⎰dx x 23=x 3+C.(11)⎰dx x 22=⎰2332x =323x +C. (12)⎰dx x n =11++n x n +C. (13)⎰+dx x n n )1(=x n+1+C.(14)⎰dx ax n =11++n ax n +C. (15)⎰-dx nx n 1=x n +C.2、多项式积分(16)⎰+dx x )1(=⎰xdx +⎰dx =22x +x+C.或⎰+dx x )1(=⎰++)1()1(x d x =2)1(2+x +C ’=22x +x+C. (17)⎰-dx x x )23(2=⎰dx x 23-⎰xdx 2=x 3-x 2+C.(18)⎰---dx x x x )23(23=⎰⎰⎰---xdx dx x dx x 2323=44x --x 3-x 2+C. (19)⎰-dx x )1(2020=20212021x -x+C. (20)dx x x x x x )]5()3[(3199931999++--+⎰=dx x x ⎰---)34(3=-x 4-22x -3x+C. 3、整式乘法积分(21)dx x x ⎰-)1(=dx x x ⎰-)(2=33x -22x +C. (22)dx x x ⎰-+)1)(1(=dx x ⎰-)1(2=33x -x+C. (23)⎰+dx x 2)1(=⎰++dx x x )12(2=33x +x 2+x+C. 或⎰+dx x 2)1(=⎰++)1()1(2x d x =3)1(3+x +C ’=33x +x 2+x+C. (24)dx x x ⎰+)3(22=dx x x ⎰+)62(3=24x +3x 2+C. 或dx x x ⎰+)3(22=)3()3(22++⎰x d x =2)3(22+x +C ’=24x +3x 2+C. (25)dx x x ⎰-+)12)(2(=dx x x ⎰-+)232(2=323x +232x -2x+C. 4、整式除法积分 (26)dx x⎰1=ln|x|+C. (27)dx x a ⎰=aln|x|+C.(28)dx ax ⎰1=ax ||ln +C. (29)dx x ⎰+11=)1(11++⎰x d x =ln|x+1|+C. (30)dx x x ⎰+12=)1(112122++⎰x d x =21ln(x 2+1)+C. (31)dx x x ⎰-122=)1(1122--⎰x d x = ln|x 2-1|+C. (32)dx x x ⎰-2212=)21(2112122x d x ---⎰= -ln|1-2x 2|+C. (33)dx x x x ⎰+++2312=dx x x x ⎰+++)2)(1(1=dx x ⎰+21=ln|x+2|+C. (34)dx x ⎰21=x 1-+C. (35)dx x ⎰31=221x-+C. (36)dx x ⎰43=31x-+C. (37)dx x n ⎰1=1)1(1---n x n +C. (n>1) (38)dx x ⎰20202019=20191x -+C. (39)dx x x ⎰++24212=)1()1(1212++⎰x d x =)1(21+-x +C. (40)dx x ⎰+211=arctanx+C. (41)dx x ⎰+3212=dx x ⎰+1321312=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰x d x 321321612=66arctan x 32+C. (42)dx x x ⎰+14=241121dx x ⎰+=21arctanx 2+C. (43)dx x x ⎰++2212=)1(1)1(12+++⎰x d x =arctan(x+1)+C. (44)dx x ⎰-112= ⎝⎛-⎰dx x 1121-⎪⎭⎫+⎰dx x 11=21[ln(x-1)-ln(x+1)]=21ln 11+-x x +C. (45)dx x⎰-211= ⎝⎛+⎰dx x 1121+⎪⎭⎫-⎰dx x 11=21[ln(1+x)-ln(1-x)]=21ln x x -+11+C.(46)dx x x ⎰-221=dx x x ⎰---2211+dx x ⎰-211=⎰-dx +dx x ⎰-211=-x+21ln x x -+11+C. (47)dx x x ⎰+231=dx x x x ⎰++231-dx xx ⎰+21=⎰xdx -221121dx x ⎰+=-22x +21ln(1+x 2)+C. (48)dx x x x ⎰++231=dx x x x x x ⎰++-+)1()1)(1(2=dx x x x ⎰+-12=dx x x ⎰+-)11( =22x -x+ln|x|+C. (49)dx x x ⎰+220201=dx x x x x x x ⎰+-+-⋯-+-+22201620182018202011)1()( =dx x x x ⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛+--⋯--220162018111=x x x x arctan 2017201920172019--⋯--+C =x k x x k k arctan 12201910091122019---∑=-+C. (50)dx x x ⎰--2313=dx x x ⎰-+)2()1(12=dx x C x B x A ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++2)1(12. 则A(x+1)(x-2)+B(x-2)+C(x+1)2≡1, 当x=2时, C=91; 当x=-1时, B=31-; 又Ax 2+Cx 2≡0, ∴A=-91. 因此得dx x x ⎰--2313=dx x x x ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-+-)2(91)1(31)1(912 =91-ln|x+1|+)1(31+x +91ln|x-2|+C ’=)1(31+x +91ln 12+-x x +C ’. (题目可能千变万化，但是万变不离其宗，绝大多数都是用这些方法解决的)。
有理函数积分法(3)
2
2
( x2 px q)n
dx
类型4
A
2
(x2
2x px
p
q)n dx
(B
p 2
A)
1 ( x2 px q)n dx
A
2
(x2
1 px
q)n d ( x 2
px
q)
(B
p 2
A)
1 ( x2 px q)n dx
A 1 2 1n
(x2
1 px q)n1
(B p A) 2
arctan
x
2 x (1 x2 )2 dx
arctanx
1 2x 2
2 (1 x2 )2
dx
arctanx 1 2
2x (1 x2 )2 dx
2 (1 x 2 )2 dx
arctanx
1 2
1
1 x2
2
1 (1 x 2 )2 dx
15
1 x x2 ( x2 1)2
13
例4
求
1
3
x x
3
dx.
解
1
3
x x
3
dx
(
1
1
x
1
x1 x x2
)dx
1
3
ln1
x
1
x1 x x
2
dx
ln1
x
(2x 1) 2 1 x x2 2dx
ln1
x
1 2
1
2x x
1 x2 dx
3 2
1
1 x
x2 dx
ln 1 x 1 ln1 x x2 3
( x 1)( x 2)2
有理函数的积分
有理函数的积分前面已经介绍了求不定积分的两个基本方法——换元积分法和分部积分法.本节将介绍一种比较简单的特殊类型函数的积分——有理函数的积分.有理函数是指由两个多项式的商所表示的函数，即具有如下形式的函数：11101110()()n n n n m m m m a x a x a x a P x Q x b x b x b x b ----++++=++++ （1） 其中m 和n 都是非负整数；01,,,n a a a 及01,,,m b b b 都是实数，并且0n a ≠，0m b ≠.我们总假定在分子多项式()P x 与分母多项式()Q x 之间是没有公因式的.当有理函数（1）的分子分子多项式的次数n 小于其分母多项式的次数m ，即n m <时，称这有理函数是真分式；而当n m ≥时，称这有理函数是假分式.利用多项式的除法，总可以将一个假分式化成一个多项式和一个真分式之和的形式.例如32221111x x x x x x +++=+++.我们知道多项式的积分容易求得，而要计算真分式的积分需要用到真分式的下列性质： 如果多项式()Q x 在实数范围内能分解成一次因式和二次质因式的乘积，如22()()()()()m Q x b x a x b x px q x rx s αβλμ=--++++（其中2240,,40p q r s -<-<），那么真分式()()P x Q x 可以分解成如下部分分式之和： 121211()()()()()()B A A A B B P x Q x x a x a x a x b x b x bβαααββ--=++++++++------11222212()()M x N M x N M x N x px q x px q x px qλλλλ-++++++++++++++11222212()()R x S R x S R x S x rx s x rx s x rx sμμμμ-+++++++++++++. （2）其中,,,,,,i i i i i A B M N R 及i S 等都是常数.对于（2）式应注意到下列两点：1. 分母()Q x 中如果有因式()kx a -，那么分解后有下列k 个部分分式之和：121()()kk k A A A x a x a x a-+++---其中12,,,k A A A 都是常数.特别地，如果1k =，那么分解后有Ax a-； 2. 分母()Q x 中如果有因式2()k x px q ++，其中240p q -<，那么分解后有如下k 个部分分式之和：11222212()()k kk k M x N M x N M x N x px q x px q x px q-++++++++++++ 其中,i i M N 都是常数.特别地，如果1k =，那么分解后有2Mx Nx px q+++.例如，真分式23356(2)(3)x x x x x x ++=-+--可分解为3(2)(3)23x A Bx x x x +=+----，其中,A B 为待定常数，可以用如下的方法求出待定系数.第一种方法 两端去分母后，得3(3)(2)x A x B x +=-+-， （3）或 3()(32)x A B x A B +=+-+.因为这是恒等式，等式两端x 的系数和常数项必须分别相等，于是有1,(32)3,A B A B +=⎧⎨-+=⎩ 从而解得5,6A B =-=.第二种方法 在恒等式（3）中，令2x =，得5A =-；令3x =，得6B =. 同样得到356(2)(3)23x x x x x +-=+----又如，真分式21(1)x x +可分解为221(1)(1)1A B Cx x x x x =+++++， 再求待定系数,,A B C .两端去分母后，得21(1)(1)A x Bx Cx x =++++ （4）在（4）式中，令0x =，得1A =；令1x =-，得1B =-.把,A B 的值代入（4）式，并令1x =，得1C =-，所以有221111(1)(1)1x x x x x =--+++.再如，真分式21(1)(1)x x ++可分解为221(1)(1)11A Bx Cx x x x +=+++++， 两端去分母后，得21(1)()(1)A x Bx C x =++++或21()()A B x B C x A C =+++++ （5）比较（5）式两端x 的各同次幂的系数及常数项，有001A B B C A C +=⎧⎪+=⎨⎪+=⎩解之得111,,222A B C ==-=. 于是2221111111222(1)(1)11211x x x x x x x x -+-⎛⎫=+=+ ⎪++++++⎝⎭下面举几个有理真分式的积分例子. 例1 求21d 56x x x x +-+⎰.解 因为2113456(2)(3)23x x x x x x x x ++-==+-+----， 所以有2134d d 5623113d 4d 233ln |2|4ln |3|x x x x x x x x xx x x x C+-⎛⎫=+⎪-+--⎝⎭=-+--=--+-+⎰⎰⎰⎰ 例2 求22d 23x x x x -++⎰.解 因为被积函数的分母是二次质因式，所以应另想别的方法.因为分子是一次式2x -，而分母的导数也是一次式2(23)22x x x '++=+，所以可以把分子拆成两部分之和：一部分是分母的导数乘上一个常数因子；另一部分是常数，即112(22)12(22)322x x x ⎡⎤-=+--=+-⎢⎥⎣⎦.这样，所求的积分可计算如下：22222221(22)322d d 2323122d d 3223231d(23) 32231 ln(23)2x x x xx x x x x xx x x x x x x x x x x +--=+++++=-++++++=-++=++⎰⎰⎰⎰⎰.C例3 求21d (1)x x x +⎰.解 由前面分析知221111(1)(1)1x x x x x =--+++，所以2221111d d (1)1(1)111d d d 1(1)1ln ||ln |1|.1x x x x x x x x x x x x x x x C x ⎡⎤=--⎢⎥+++⎣⎦=--++=-++++⎰⎰⎰⎰⎰例4 求21d (1)(1)x x x ++⎰.解 由前面分析知221111(1)(1)211x x x x x -⎛⎫=+ ⎪++++⎝⎭，所以有222221111d d (1)(1)211111 d d 211111 d d d 211111 ln |1|arc 22x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x -⎛⎫=+ ⎪++++⎝⎭-⎛⎫=+ ⎪++⎝⎭⎛⎫=+- ⎪+++⎝⎭=++⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰21tan ln(1)4x x C-++当有理函数分解为多项式及部分分式之和后，只出现多项式、()nAx a -及2()nMx N x px q +++等三类函数.前两类函数的积分很简单，下面讨论积分2d ()n Mx Nx x px q +++⎰. 把分母中的二次质因式配方得22224p p x px q x q ⎛⎫++=++-⎪⎝⎭ 故令2p x t +=，并记222x px q t a ++=+，Mx N Mt b +=+，其中224p a q =-，2MP b N =-，于是22222d d d ()()()n n n Mx N Mt bx t t x px q t a t a +=+++++⎰⎰⎰.当1n =时（如例2），有222d ln()arctan 2px Mx N M b x x px q C x px q aa++=++++++⎰.当1n >时，222122d d ()2(1)()()n n n Mx N M tx b x px q n t a t a -+=-+++-++⎰⎰ 上式最后一个积分的求法见例5. 例5 求22d ()n n xI x a =+⎰，其中n 为正整数.解 用分部积分法，当1n >时，有222122122d 2(1)d ()()()n n n x x x n x x a x a x a --=+-+++⎰⎰22212212212(1)d ()()()n n n x a n x x a x a x a --⎡⎤=+--⎢⎥+++⎣⎦⎰， 即 2112212(1)()()n n n n xI n I a I x a ---=+--+， 于是 122211(23)2(1)()n n n x I n I a n x a --⎡⎤=+-⎢⎥-+⎣⎦.以此作为递推公式，并由11arctan xI C a a=+，即可得n I . 总之，有理函数分解为多项式及部分分式之和以后，各个部分都能积出，且原函数都是初等函数.此外，由代数学知识可知，从理论上说，多项式()Q x 总可以在实数范围内分解成一次因式及二次质因式的乘积，从而把有理函数()()P x Q x 分解为多项式与部分分式之和.因此，有理函数的原函数都是初等函数.。
数学——5.5 有理函数的积分
2N 2x M dx x 2 px q
2N 2x p p M M dx 2 x 2 px q 2N d ( x 2 px q) p dx M M 2 x 2 px q M M 2N dx ln( x 2 px q) p 2 2 2 M x px q 而积分 p dx dx 2 x2 px q p 2 p2 x q 2 4 p x 2 2 C arctan 4q p 2 p2 q 4
一步步凑微分而得到最后结果.
(4)
x
Mx N
2
px q
n
dx
(n 2,3,)
类似(3)的做法结果很烦，但仍然是对数与反正切函数之和. .
最简分式积分：
x3 5 6 dx ( 2 x 2 x 3 ) dx x 5x 6
5 ln x 2 6 ln x 3 C .
1 1 x 1 2 ln(x 2 x 3) 3 arctan C . 2 2 2
16
例5 解
x 1 求 2 dx x 3x 6
熟悉一下有理函数的积分.
1 3 2 d ( x 3x 6) 1 dx x 1 2 2 x 2 3x 6 dx x 2 3x 6
其中m 、n 都是非负整数；a0 , a1 ,, a n 及
b0 , b1 ,, bm 都是实数，并且a0 0 ，b0 0 .
1
P ( x ) a0 x nห้องสมุดไป่ตู้ a1 x n1 an1 x an Q( x ) b0 x m b1 x m 1 bm 1 x bm
有理函数和三角函数有理式的积分法
§3-7 阅读(有理函数和三角函数有理式的积分法)在前面几节中，读者都已经遇到过许多有理函数的积分和三角函数有理式的积分在前面几节中，读者都已经遇到过许多有理函数的积分和三角函数有理式的积分..在那里，因为被积函数都很特殊，因为被积函数都很特殊，所以用所以用所以用“拼凑的方法”“拼凑的方法”就求出了它们的积分就求出了它们的积分..这一节讨论的是一般情形下，如何求它们的积分当你遇到那些简单或特殊的情形时，当然不必用这里的一般方法，而仍用以前那种“拼凑方法”就行了法，而仍用以前那种“拼凑方法”就行了. .1.有理函数的积分法有理函数的积分()d ()p x x q x ò[ [其中其中()p x 和()q x 都是多项式都是多项式] ] 总可以积出来，即可把它表示成初等函数总可以积出来，即可把它表示成初等函数..积分方法的要点是：第一，若有理函数()()p x q x 中，分子()p x 的次数不低于分母()q x 的次数，则称它为假分式假分式..在这种情形下，就用多项式除法（见下面例2727）），先把它变成一个多项式与一个真分式之和，即()()()()()p x r x s x q x q x =+ [ [其中分子其中分子()r x 的次数低于分母()q x 的次数的次数] ] 于是，()d ()p x x q x ò()()d d ()r x s x x x q x =+òò右端第一项是多项式的积分右端第一项是多项式的积分((用分项积分法可以积出来用分项积分法可以积出来))，所以就变成求有理函数真分式的积分()d ()r x x q x ò. . 关于多项式除法，请看下面的例题关于多项式除法，请看下面的例题关于多项式除法，请看下面的例题. . 例27 例如求有理函数假分式的积分522d 36x x x x -++ò首先像做整数除法那样，做多项式除法：由此可得63225++-x x x 3212323336x x x x +æö=-+ç÷+èø其次再逐项积分，即(余式) 23+x (被除式) （除式）255336000202x x x x x ++++-+++xx x x 40220233-+-+-+-（商式）31233x x -5342222212321132d d d d 33123363636x x x x x x x x x x x x x x x -+++æö=-+=-+ç÷+++èøòòòò这样就变成求这样就变成求((右端最后一个右端最后一个))有理函数真分式的积分有理函数真分式的积分. .第二，第二，对于真分式对于真分式()()r x q x ，先把分母上的多项式()q x 分解成一次因式或没有实根的二次因式的乘积二次因式的乘积((根据代数基本定理，这是可能的).).然后用待定系数法然后用待定系数法然后用待定系数法((或拼凑方法或拼凑方法))把()()r x q x 化成不超出下面这些“最简分式”的和：化成不超出下面这些“最简分式”的和：22,,,()()n m A B Cx D Ex Fx a x b x px q x rx s ++--++++(n 和m 为正整数为正整数)) (分子比分母上的基因式低一次分子比分母上的基因式低一次) )这样，根据分项积分法，有理函数真分式的积分就化为最简分式的积分这样，根据分项积分法，有理函数真分式的积分就化为最简分式的积分. . 我们用例子来说明上述方法我们用例子来说明上述方法我们用例子来说明上述方法. .⑴分母为一次重因式的真分式的积分法例28 例如求例如求2353d (2)x x x ++ò，可令，可令2323532(2)(2)(2)x A B C x x x x +=++++++将右端通分，将右端通分，并比较两端分子，并比较两端分子，并比较两端分子，即即C x B x A x ++++º+)2()2(3522，则得三元线性方程组则得三元线性方程组ïîïíì=++=+=（常数项）的系数）（的系数）（3240452C B A x B A x A ， 解得解得ïîïíì=-==23205C B A 于是得于是得3232)2(23)2(2025)2(35+++-+=++x x x x x 因此，因此， 2353d (2)x x x ++ò2352023d d d 2(2)(2)x x x x x x =-++++òòò220235ln 222(2)x x x =++-++【注1】上面求待定系数的方法是比较两端x 的同次项系数，下面是求待定系数的另一个方法：根据2253(2)(2)x A x B x C +º++++，则，则第一步，让2x =-，得23C =；第二步，在2253(2)(2)x A x B x C +º++++两端关于x 求导数，得102(2)x A x B º++. 再令2x =-，得20B =-；第三步，在102(2)x A x B º++两端关于x 求导数，则得102A =，即5A =.【注2】把真分式2353(2)x x ++化成最简分式之和的另一个方法是依次用多项式除法化成最简分式之和的另一个方法是依次用多项式除法: :25323(510)22x x x x +=-+++,222253510232023522(2)(2)(2)x x x x x x x +-=+=-++++++ 232353520232(2)(2)(2)x x x x x +=-+++++ ( (你看懂了吗你看懂了吗你看懂了吗?) ?)⑵分母为不同一次因式乘积的真分式的积分法例如求d ()()cx d x x a x b +--ò，可令，可令 bx Ba x Ab x a x d cx -+-=--+))((（A 和B 为待定系数）为待定系数） 然后根据恒等式()()cx d A x b B x a +º-+-，求出待定系数A 和B .于是，于是，d ()()cx d x x a x b +=--òd d ln ||ln ||A B x x A x a B x b x a x b +=-+---òò例29 求2d (3)(5)x x x x ---ò.解 设53)5)(3(2-+-=---x Bx A x x x (B A ,为待定常数为待定常数) ) 则得)3()5(2-+-º-x B x A x ，即，即2)35()(-º+-+x B A x B A 比较两端常数项和x 的系数，则得线性方程组的系数，则得线性方程组îíì=+=+1235BA B A 解得23,21=-=B A ( (求求B A 和的另一个方法见下注的另一个方法见下注).).).因此，因此，因此， 523321)5)(3(2-+--=---x x x x x 从而得从而得2d(3)(5)x x x x ---ò113113d(3)d(5)ln 3ln 5232522x x x x x x =--+-=--+---òò【注】在式2(5)(3)x A x B x -º-+-中，让3x =，则得12A =-，所以12A =-；再让5x =，则得32B =，所以32B =.⑶分母为二次多项式(没有实根)的真分式的积分法 例如例如[[注意注意,,分母没有实根2(40)p q -<]，22222111(1)d d d 424x x ux px q u A p q px ==+++-æö++ç÷èøòòò24,22q p p u x A æö-ç÷=+=ç÷èø(套用积分公式)1arctan u A A =2222arctan 44q q x p p p+-=-2222(2)(2)d (0)d d 2b bx p p x ax ba a ax a ax x x px qx px qx px qæö++-+ç÷+èø¹==++++++òòò222d()21d 22ax px q a b p x a x px q x px q++æö=+-ç÷++++èøòò2221ln()d 22aa bx px q p x a x px q æö=+++-ç÷++èøò(套用前一题的结果套用前一题的结果).). ⑷分母为二次重因式的真分式的积分法例30 例如求积分例如求积分322221d (1)x x x x x -+++ò.若用待定系数法，就令若用待定系数法，就令322222221(1)1(1)x xAx B Cx D x x x x x x -+++=+++++++若不用待定系数法，可依次用多项式除法：若不用待定系数法，可依次用多项式除法：第一步，3222212(2)(3)11x x x x x x x x -++=-+++++；第二步，32222222132(2)(1)1(1)x x x x x x x x x x -+-+=+++++++于是，于是，32222222132(2)d d d (1)1(1)x x x x xx x x x x x x x -+-+=+++++++òòò其中右端第一个积分其中右端第一个积分22222231(21)71d(1)7d d d 1212121322x x x x x x x x x x x x x x -+-++==-++++++æöæö++ç÷ç÷èøèøòòòò217221ln(1)arctan 2233x x x +=++-×而第二个积分而第二个积分2222222222(2)(21)3d(1)1d d 3d (1)(1)(1)(1)x x x x xxx x x x x x x x x +++++==+++++++++òòòò2222113d (1)1322x x x x =-+++éùæöæöêú++ç÷ç÷êúèøèøëûò[套积分公式⒇] ⑸分母为一次因式与二次因式乘积的真分式的积分法例如，求22d ()()bx cx d x x a x px q ++-++ò时，可令时，可令 q x p x C x B a x Aq x p x a x d x c x b ++++-=++-++222))((然后根据恒等式然后根据恒等式22()()()bx cx d A x px q Bx C x a ++º++++-求出待定系数A 、B 和C . 于是，于是，22d ()()bx cx dx x a x px q ++-++ò2ln ||d Bx C A x a x x px q +=-+++ò (注意2xpx q ++没有实根没有实根,,即240p q -<)2.三角函数有理式的积分法 所谓“三角函数有理式”，是指由常数和简单三角函数x sin 与x cos 经过有限次的有理运算经过有限次的有理运算((加、减、乘、除加、减、乘、除))得到的函数，记成)cos ,(sin x x R .下面介绍的是形如积分的是形如积分(sin ,cos )d R x x x ò的积分法的积分法..例如积分例如积分2cos d 2sin cos x x x x +ò，1d 2sin cos 1x x x -+ò，1d (0)cos x ab a b x ¹+ò等.实际上，我们在前面几节中曾多次遇到这种类型的积分我们在前面几节中曾多次遇到这种类型的积分..这里介绍的是一般方法这里介绍的是一般方法..你在做题时．．．．．，还是要具体问题具体分析．．．．．．．．．．．，未必就一定要用这里介绍的方法．．．．．．．．．．．．．．（因为一般情形下，这里介绍的方法要麻烦一些）方法要麻烦一些）. .令2tan xt =(称它为半角替换或万能替换称它为半角替换或万能替换))，则，则2222122tan12tan22sec 2tan22cos2tan22cos2sin2sin t t x x xx xx x x x +=+==== 22222222112tan12tan 1)2tan 1(2cos 2sin 2cos cos t t x x x x x x x +-=+-=-=-= t t t x d 12)arctan 2(d d 2+==于是，于是，(sin ,cos )d R x x xò2222212,d 111t t R t t t t-æö=ç÷+++èøò这样，三角函数有理式的积分就变成有理函数的积分三角函数有理式的积分就变成有理函数的积分..在有些情形下，像前面做过的那样，不必用半角替换，而用其它三角替换会更简单必用半角替换，而用其它三角替换会更简单..例如例如()i 当(sin ,cos )(sin ,cos )R x x R x x -=-时，令cos t x =； ()ii 当(sin ,cos )(sin ,cos )R x x R x x -=-时，令sin t x =； ()iii 当(sin ,cos )(sin ,cos )R x x R x x --=时，令tan t x =.习题1.求下面的原函数：⑴25d (3)x x x --ò； ⑵⑵325d (2)x x x --ò；⑶23354d (1)x x x x -+-ò； ⑷⑷3223242d 21x x x x x x -++-+ò. 答案：⑴323ln -+-x x；⑵2)2(2122-+--x x ；⑶2)1(1111ln 3-----x x x ； ⑷171ln 94232---++x x x x .2.求下面的原函数：求下面的原函数：⑴x x x x d )3)(2(73ò---； ⑵⑵x x x x d 2152ò-++； ⑶⑶x x x x x x d )2)(2(2342ò+---. 答案：⑴3ln 22ln -+-x x ；⑵1ln 22ln 3-++x x ；⑶2ln 252ln ln 21++-+x x x . 3.求下面的原函数：求下面的原函数：⑴x x x x x d )1)(2(23222ò++-+； ⑵⑵x x x x x d )32)(1(2ò+++； ⑶⑶x x x d 134ò+. 答案：⑴x x arctan )1ln(2-+；⑵21arctan 21)32ln(411ln 212++++++-x x x x ；⑶312arctan 311)1(ln 6121222--+-++x x x x x . 4.根据提示，请把下面的演算做到底：根据提示，请把下面的演算做到底：⑴tan 21d 2sin cos 1x t x x x æö=ç÷èø====-+ò⑵(cos )1d (2cos )sin t x x x x ======+ò⑶2(sin )cos d 2sin cos t x xx x x ======+ò⑷3(tan )3sin d sin cos t x xx x x======+ò答案：⑴22tan2tan ln21+x x ；⑵32)cos 1()cos 1()cos 2(ln 61x x x +-+；⑶12sin 1ln 222sin 1x x +--+；⑷÷÷øöççèæ---+-x x x x x x x sin 3sin cos 2arctan 31cos sin 1)cos (sin ln 612.。
几种特殊函数的积分
p p x px q x q , 2 4 p 令 x t 2
记 x 2 px q t 2 a 2 ,
则
Mx N Mt b,
p2 2 a q , 4
Mp b N , 2
Mx N 2 dx n ( x px q ) Mt b 2 dt 2 dt 2 n 2 n (t a ) (t a )
真分式化为部分分式之和的待定系数法
x3 x3 A B 例1 2 , x 5 x 6 ( x 2)( x 3) x 2 x 3
x 3 A( x 3) B( x 2), x 3 ( A B ) x ( 3 A 2 B ),
1 dx . 例4 求积分 2 x( x 1) 1 1 1 1 dx 解 2 2 dx x ( x 1) x ( x 1) x 1 1 1 1 dx dx dx 2 x ( x 1) x 1
1 ln x ln x 1 C. x 1
三、简单无理函数的积分
ax b 讨论类型 R( x, ax b ), R( x , ), cx e
n
n
解决方法 作代换去掉根号.
1 1 x 例10 求积分 dx x x
解
1 x 2 1 x 令 t t , x x
1 sin x dx. 例9 求积分 sin 3 x sin x A B A B 解 sin A sin B 2 sin cos 2 2 1 sin x 1 sin x sin 3 x sin x dx 2 sin 2 x cos x dx 1 sin x dx 2 4 sin x cos x 1 1 1 1 dx dx 2 2 4 sin x cos x 4 cos x
有理函数的积分
2
1 u2
2
dx
du,
1 u2
1 sin 4
x
dx
1
3u2
3u4 8u4
u6 du
1 8
1 3u3
3 u
3u
u3 3
C
1 24 tan
x 2
3
3 8 tan
x 2
3 tan 8
x 2
214
tan
x 2
3
C.
或
1
1
sin4 x dx sin2 x sin2 x dx
csc2 x(1 cot2 x)dx
x3 5x
6
dx.
解 x3 x3 A B , x2 5x 6 ( x 2)(x 3) x 2 x 3
x 3 A( x 3) B( x 2),
x 3 ( A B)x (3A 2B).
因此
A B 1, (3A 2B) 3,
解得
A 5, B 6.
1 A( x 1)2 Bx Cx( x 1).
(1)
代入特殊值来确定系数 A, B,C.
取 x 0 得 A 1, 取 x 1, 得 B 1.
取 x 2 ,并将 A, B的值代入 (1), 得 C 1 1 1 1 1 .
x( x 1)2 x ( x 1)2 x 1
1 x(x
解
2u
sin x
,
1 u2
cos x 1 u2 , 1 u2
2
dx
du,
1 u2
2u
sin x
dx
1 sin x cos x
1
1 u2
2u 1 u2
1 1
u2 u2
(完整版)高等数学中有理分式定积分解法总结.doc
由十个例题掌握有理分式定积解法【摘要】 当被积函数为两多项式的商P(x)的有理函数时，解法各种各样、不易掌握，Q( x)在此由易到难将其解法进行整理、总结【关键词】有理分式 真分式 假分式 多项式除法 拆项法 凑微分法 定积分两个多项式的商P xP x称为有理函数，又称为有理分式，我们总假定分子多项式Q x与分母多项式 Q x 之间无公因式，当分子多项式P x 的次数小与分母多项式Q x ，称有理式为真分式，否则称为假分式.1. 对于假分式的积分： 利用多项式除法， 总可将其化为一个多项式与一个真分式之和的形式 .例3x 4 2x 21.1x 2 1dx解 原式3x 2 x21 x 2x21dx3x2dx x 2 dxx 2 13 x2dx 1 x 2 1 dx1 3 x2dx dx1 dxx 3 x21x arctanx C2x 4x 2 3 例 1.221 dxx2x 2 x 2 13 x2 dx解 原式x212 x 2dx 31 1 dx x2 dxx 2x 2 12 x 34arctan x x C31总结：解被积函数为假分式的有理函数时， 用多项式出发将其化简为多项式和真分式之和的形式，然后进行积分 . 对于一些常见函数积分进行记忆，有助于提高解题速度，例如：x 2 dx1 1dxx 2 1 x 2 1P x 对于真分式，若分母可分解为两个多项式乘积Q x = Q 1 x Q 2 x ，且 Q 1x ，Q xP x P xP xQ 2 x 无公因式，则可拆分成两个真分式之和：12，上述过程称为Q xQ 1 x Q 2x把真分式化为两个部分分式之和. 若 Qx 或 Q x 再分解为两个没有公因式的多项式乘12积，则最后有理函数分解式中出现多项式、P 1 xk、P 2 x 等三类函数，则多项xx 2px la q式的积分容易求的2. 先举例，有类型一、类型二、类型三，以此为基础求解较复杂的真分式积分2.1类型一(ax b) mdxcxkx31dx例 2.1.1x2解 原式 =x 33x23x1dxx 2= xdx3 dx 31dx 1dxx x 2= 1x 2 3x 3In x 1 C 2x总结：当被积函数多项式与单项式相乘的形式，将其进行化简，使被积函数为简单幂函数，然后利用常见积分公式进行运算2.2类型二cx kax m dxbx 2例 2.2.13 dxx2解 令 x+2=t , 则 xt 2 ， 有 dx dt2t 2原式 = 2dxt 3= t24t4dtt 3= 14 11 dt t2 dt43 dttt=Int+ 4 - 2+Ct t 2=I n x 242Cx 2x 2 2总结：当被积函数形如时cxkm dx ，将其用换元法转换为ax b解法求解2.3 类型三P x l dxax 2bx c例 2.3.1x 32dxx 22x2原式 =x 32 dtx 1 21设=tant,x=tant+1,dx=set2x-1tdt3上式 =1+tantset 2tdtset 2t= tan 3 t 3tan 2 t 3tan t 1dtset 2t = sin 3 t cos 1 t 3sin t cost 3sin 2 t cos 2 t dtm(axb)dx ，再按照后者cx k=- 1 cos 2t costd cost +3sin 2tdt dt cos2tdt4=-Incost + 1cos 2t+2t+2sintcost2 1x 1Q tant=x-1, cost=2,sint= 2x 1 1x1 1上式122x 22 x 214 2arctan x 1 x 2 2x 2C= 2 In x4x 2x 23例2.3.2x 1 dxx 2 2x132x22=2dx22x 3x=1x 21 3 d x 22x 3 -212 dx 2 2 xx 1 2= 1In x22x 3 - 2arttanx 1+C22总结：当被积函数分母含有 ax 2 +bx+c 时，可以用凑微分法进行积分 ；对于形如 ax 2 lbx+c 时，可将其变形为 T 2 x +1或者是1-T 2 x ,然后利用三角函数恒等变形 sin 2x+cos 2x=1和1+tan 2x=set 2x 将T 2 x 降次，便于计算 .3. 以前面的几种简单类型为基础，现在来讨论较为复杂的有理真分式的积分例 3.1 2x+3dx2 3x 10x解法 12x+3 dx2 3x 10x =x 21d x 2 3x 103x 10=In x 23x 10 +C解法 22x+3dxx 23x102x+3 10 = 2x+3 = A + B 2 x 2 3x x+5 x 2 x 5 x =A B x 5B 2A1 1x 5 x 2x 5 x 2原式 =11dxx5 x 2=In x 23x 10 +C总结： 假分式分母可以因式分解， 将被积函数化为部分分式之和的形式， 然后用基本积分公4式进行运算 .x2 dx例 3.22x 1x 2 x 1原式 =2xdx2x 1 x 2 x111 2x 1 1=d 2x 1 - 2x 2 x 2dx 2x 11=1 d 2x 11x21 d x 2x 1112dx 2x 12 x121 3x24=In2x 1 - 1In x2x 1+ 1arctan x1+C232总结：遇到被积函数是复杂的有理函数，用拆分法将其分解为自己熟悉的函数，灵活变换.x 3dx 例 3.3x 2x 1 1=x 3dxx 2x11x 2 1 dxx 2 2x 1 x11 2x 2112 dxx 22xdx1 x11 x2 1 d x22x 11 2 dx1dx 2 2x 1x 1x1Inx1 x 1 Cx 11总结： 此题能够得出一个重要结论， 分母因式分解要求为各个因式之间无公约数，以此为标 准进行因式分解，拆项除此之外， 常见的还有， 可化为有理函数的积分 . 例如利用三角函数的万能公式，将被积函数中含有三角函数的分式函数，例：1+sin xdx . 例如被积函数中含有cos xsin x 1nax b 或 nax b时用换元法将根号去掉，例：x 1 xdx ， 1dx . 虽然形式cxd1 x3x15各种各样 , 但只要熟练掌握以上各种类型的积分，那么在被积函数为有理分式函数时应对起来应当是信手拈来，甚是轻松6。
【考研数学】高数有理分式积分法
第四节1•基本积分法: 直接积分法;换元积分法;分部积分法•初等函数求导初等函数积分一、有理函数的积分二、可化为有理函数的积分举例有理函数的积分本节内容:第四章n1m>时,为真分式为假分式;n简单分式:形如3456789解:(1) 用拼凑法111-)1(--x x10112C +42-=B已知1⎡1=1213原式x x 22⎰+=)22(21+x 如何求变形方法同例3, 并利用上一节课件例1415⎰+++=x x x x x d 4552243⎰++x x 52416原式⎰+=x x 2(2)22(2++x x172arctan2211xx -=21-221 ln 21-+x x 21++x x C+比较系数定a , b , c , d . 得化为部分分式. 即令比较系数定A , B , C , D..此解法较繁18xcos-x sinxA=xsin)(cos++⎰x(sinR,20212223⎰=原式xxd 2cos 1⎰=tan d 12425xb cos +⎢⎣⎡2+b a a sin 22ba +x ba +tan(12226=Ct +-31C x +cos 22728uu d 1)1(32⎰+-=29为去掉被积函数分母中的根式6 ,t x =令30t t td )1(222--内容小结31 1. 可积函数的特殊类型有理函数分解多项式及部分分式之和三角函数有理式万能代换简单无理函数三角代换根式代换2.特殊类型的积分按上述方法虽然可以积出,但不一定要注意综合使用基本积分法,简便计算.简便,32:1.⎰-=233()(d 31a x 原式a x a x a +--=33333ln 61ax ax a -+33333ln 61作业33P218 1-2434⎰11t551t -=t -d x =511113x x +35前式令arctan21u=; 后式配元13cos x+cos x2tanxu =2d u ⋅1。
有理函数积分
万能代换
t 的有理函数的积分
x x 2 tan 2 tan x x 2 , 2 sin x 2sin cos 2 x 2 2 2 x 1 tan sec 2 2 2 x 2 x 1 tan 1 tan 2 x 2 x 2 2, cos x cos sin 2 2 2 x 2 x 1 tan sec 2 2 x x 2arctan u （万能置换公式） 令 u tan 2
Mx N 3. 2 dx x px q Mx N 4. 2 dx n ( x p x q)
变分子为
M 2
(2 x p)分 2 n ( x px q )
2 p p 2 x px q x q , 2 4 2
x dx 使用凑微分法比较简单 3 x 1
尽量使分母简单——降幂、拆项、同乘等
2
基本思路
化部分分式，写成分项积分 可考虑引入变量代换
例2. 求积分
解：
1 dx . 2 x( x 1)
1 1 1 1 dx dx 2 2 x( x 1) x 1 x ( x 1)
2 2u 2 1 u sin x , cos x du , dx 2 2 2 1 u 1 u 1 u
2u 1 u 2 2 R(sin x ,cos x ) dx R 1 u2 , 1 u2 1 u2 du.
1 sin x dx . 例8. 求 sin x(1 cos x) x 解: 令 t tan , 则 2 x cos x x 2 sin 2 2 tan 2t 2 2 sin x 2 x cos 2 x 1 tan 2 x 1 t 2 sin 2 2 2
有理函数积分12例
有理函数积分12例例1：求x −2x −x+1dx解：由于x 2−x +1的导数是2x −1 用分子x −2去除2x −1就有x −22x −1商12余−32也就是x −2=12 2x −1 −32 原式=12 2x −1 −32x −x+1dx=12 2x −1x 2−x+1dx −32 1x 2−x+1dx =12ln x 2−x +1 −32−1)+( 3)1x +a dx =1a arctan xa=12ln x 2−x +1 −23(x −12)=12ln x 2−x +1 − 3arctan 3−12)例2：求2x 2+3x −1x −xdx解：2x 2+3x −1x −x=2x 2+3x −1x x −1 (x+1)=A x −1+B x+C x+1两边同乘x-1得2x 2+3x −1x(x+1)=A +Bx −1x+Cx −1x+1带入x=1解得A=2，同理得到B=1、C=-12x 2+3x+1x 3−xdx = 2x −1+1x −1x+1 dx=In|x(x −1)2x+1|例3：求2x 2+x+1x(x 2+1)dx解：2x 2+x+1x(x 2+1)=A x+Bx +C x 2+1两边乘以x 得2x 2+x+1x +1=A +x(Bx +C)x +1带x=0得 A=1两边乘以x 2+1得2x 2+x+1x=A(x 2+1)x+(Bx +C)带入x=i 得 B=1、C=12x 2+x+1x(x 2+1)dx = 1x +x+1x +1 dx= 1x +xx 2+1+1x 2+1 dx=In x x 2+1 +arctanx例4：求x+9x +2x −3dx解：x+9x 3+2x −3=x+9x −1 (x 2+x+3)=Ax −1+Bx +Cx 2+x+3 容易解得A=2两边同时乘x 2+x+3，并令x 2+x+3=0有x+9x −1=Bx +C (如果让左边没有分子就好办了)为了利用x 2+x+3，做如下处理x+9 (x+2) x −1 (x+2)=Bx +C (x+2不是随便带入的，而是x 2+x+3x −1的商)得x 2+11x+18x 2+x −2=10x+15−5=Bx +C解得B=-2、C=-3x+93dx = 2x −1−2x+3x +x+3 dx= 2x −1−2x+1x 2+x+3−2x 2+x+3 dx分母导数的倍数加常数=In(x −1)2−In x 2+x +3 −1111=In (x −1)2x 2+x+3 −1111例5：求8x (x+1)(x −1)dx解：8x(x+1)2(x −1)=Ax −1+B(x+1)2+C(x+1) 容易求的A=2、B=4 两边同乘x 得8x 2(x+1)2(x −1)=2xx −1+4x(x+1)2+Cx(x+1)令x →∞两边求极限得，0=2+C ，也就是C=-28x (x+1)2(x −1)dx = 2x −1+4(x+1)−2x+1 dx=In(x −1)2−4x+1−In(x +1)2=In(x −1x+1)2−4x+1例6：求x 3−4x 2−4x+23(x −3)4dx解：令y=x-3则原式化简为(分子是高次线性) x 3−4x 2−4x+23(x −3)=y 3+5y 2−y+2y =1y +5y −1y +2yx 3−4x 2−4x+23(x −3)4dx =In y −5y −12y 2+23y 3=In x −3 −5x −3−12(x −3)+23(x −3)例7：求1(x 2+4)3dx解：=14 x 2+4 −x 2(x +4)dx降次=14 1(x 2+4)2dx −14 x 2(x 2+4)3dx=141(x2+4)2dx−14x2−4xd1(x2+4)2=141(x2+4)2dx+116[x(x2+4)2−1(x2+4)2dx]=3161(x2+4)2dx+x16(x2+4)2=364x2+4−x2(x2+4)2dx+x16(x2+4)2降次=3641x2+4dx−364x2(x2+4)2dx+x16(x2+4)2=3641x2+4dx−(364x2−2xd1x2+4)+x16(x2+4)2=3641x2+4dx+3x128x2+4−31281x2+4dx+x16(x2+4)2=31281x2+4dx+3x128x2+4+x16(x2+4)2=3256arctan x2+3x128(x2+4)+x16(x2+4)2例8：求4x 3+4x2+1x+2x+xdx解：4x 3+4x2+1x(x+1)=Ax+Bx+C(x+1)+Dx+Ex+1容易解得A=1、B=3、C=-4 两边同乘x4x3+4x2+1 (x2+1)2=xx+3x2−4x(x2+1)2+Dx2+Exx2+1然后求极限x→∞得D=-1，然后带入x=1得E=44x3+4x2+1 x5+2x3+x dx=1x+3x−4(x2+1)2−x−4x2+1dx=1x dx+32×2x−4(x+1)dx−x−4x+1dx=In x+321x2+1−41(x2+1)2dx−x−4x2+1dx=In x−321x2+1+2arctanx−2xx2+1−12In(x2+1)=12In(x2x+1)−2x+1.5x+1+2arctanx例9：求x 3+1x−2x+3dx解：利用多项式除法x3+1=x(x2−2x+3)+2(x2−2x+3)+x−5x3+1 x−2x+3=x+2+x−5x−2x+3x−5x−2x+3dx=122x−2x−2x+3dx−4(x−1)2+22dx分离出一次和一个常数=12ln x2−2x+3−22x3+1 x2−2x+3dx=12x2+2x+12ln x2−2x+3−22arctan2例10：求5x+6x3+4x2+5x+2dx解：x=-1是x3+4x2+5x+2的一个根x3+4x2+5x+2x+1=x2+3x+2=x+1(x+2) x3+4x2+5x+2=(x+1)2(x+2)5x+6x+4x+5x+2=A(x+1)+Bx+1+Cx+2很容易求得A=1、C=-4 两边同时乘x有5x2+6xx3+4x2+5x+2=x(x+1)2+Bxx+1+−4xx+2求x→∞时的极限有0=0+B−4得B=4原式=−1x+1+4ln x+1−4ln|x+2|例11：求xx+1(x+2)2(x+3)3dx解：Ax+1+Bx+2+C(x+2)+Dx+3+E(x+3)+F(x+3)容易求的是最高次极点的系数A=−18、C=2、F=32两边乘x然后求x→∞有：0=−18+B+D (1)带入x=00=B2+D3+E9+3172(2)带入x=11 1152=B3+D4+E16+2111152(3)由(1)、(2)、(3)解得B=−5D=418E=134xx+1(x+2)2(x+3)3=−18(x+1)−5x+2+2(x+2)2+418(x+3)+134(x+3)2+32(x+3)3xx+1(x+2)(x+3)dx=−18ln x+1−5ln x+2−2x+2+418ln x+3−13 4(x+3)−3(x+3)例12：求dxx2+4x+4(x2+4x+5)2解：1x2+4x+4(x2+4x+5)2=1(x+2)2(x2+4x+5)21x2+4x+4(x2+4x+5)2=Ax+2+B(x+2)2+Cx+Dx2+4x+5+Ex+F(x2+4x+5)2容易求得B=1由1i+4i+4=Ei+F解得E=−425、F=325两边乘x，并求x→∞得：0=A+C (1) 带入x=0得1 100=A2+14+D5+3625(2)带入X=-1得1 4=A+1+−C+D2+7100(3)由(1)、(2)、(3)解得A=−104125C=104125D=1071251x2+4x+4(x2+4x+5)2=−104125(x+2)+1(x+2)2+104x+107125(x2+4x+5)+−4x+325(x2+4x+5)2dxx2+4x+4(x2+4x+5)2=−104125ln x+2−1x+2+104250250x+500−101125(x2+4x+5)dx−4 25x−34(x2+4x+5)2dx=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2−4 25122x+4−114(x+4x+5)dx=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2+ 450(x+4x+5)−1125(x+2)2+1−(x+2)2[(x+2)+1]dx=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2+450(x2+4x+5)−1125ln(x2+4x+5)+1125(x+2)2[(x+2)2+1]2dx=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2+450(x+4x+5)−1125ln x2+4x+5+1125(x+2)2[(x+2)+1]/−2(x+2)[(x+2)+1]d1(x+2)+1=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2+450(x+4x+5)−1125ln x2+4x+5−1150(x+2)d1(x+2)+1=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2+450(x+4x+5)−1125ln x2+4x+5−1150x+2x+4x+5+1150ln(x2+4x+5)=−104125ln x+2−1x+2+52125ln(125x2+500x+625)−101125arctan x+2−11x+18 50(x2+4x+5)−1150ln x2+4x+5。
三角函数有理式积分
§6–6 三角函数有理式积分基础知识导学1．定义三角函数有理式是指由三角函数和常数经过有限次四则运算所构成的函数，记作：R (sin x ,cos x )2．⎰R (sin x ,cos x )dx 的求法（1） 利用三角恒等式和变量代换，把⎰R (sin x ,cos x )dx 化为熟悉的积分；（2）利用下面三种函数代换，把三角函数原积分转化为新变量t 的有理函数积分，而有理函数的积分已经解决，所以三角有理式的积分也就解决了。
三种变量代换① 对⎰R (sin x ,cos x )dx ，利用万能公式，即令t = tg 2x ，则sin x =212t t +，cos x =2211t t +-，dx =212t +dt ② 对⎰R (sin x )cos xdx 或⎰R (cos x ) sin xdx 令t = sin x 或t = cos x③ 对⎰R (sin 2 x , cos 2 x ) dx 或⎰R (tg x ) dx令t = tg x 重点难点突破1．在计算三角函数有理式的积分时，要注意分析被积函数的特点，充分利用三角函数恒等式，达到简化计算的目的。
2．下面的变量代换是根据上述三种变量代换和三角有理式的具体形式得到的一些代换，在计算中常常用到。
① 形如⎰sin m x cos n x dx 的积分如果m ，n 中至少有一个为奇数时，若m 为奇数，则令cos x = t ；若n 为奇数，则令sin x = t如果m ，n 皆为偶数，则作变换sin 2 x =22cos 1x -,cos 2 x =22cos 1x + ② 形如⎰tg m x dx ,和⎰ctg m x dx 的积分，其中m 为正整数 利用tg 2x = sec 2x －1， ctg 2x = csc 2x －1降低正切或余切函数的幂指数。
③ 形如⎰tg m x sec n x dx ,和⎰ctg m x csc n x dx ，其中n 为正偶数 利用sec 2x =1+tg 2x ，csc 2x =1 +ctg 2x 降低正切或余切函数的幂指数。
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第21讲 理函数的不定积分讲授内容一、有理函数的不定积分有理函数是指由两个多项式函数的商所表示的函数，其一般形式为mm m nn n x x x x x Q x P x R βββααα++++++==-- 110110)()()(， (1) 其中n ，m 为非负整数，n ααα,,,10 与m βββ ,,10都是常数，且00≠α，00≠β． 若n m >，则称它为真分式；若n m ≤，则称它为假分式．由多项式的除法可知，假分式总能化为一个多项式与一个真分式之和．由于多项式的不定积分是容易求得的，因此只需研究真分式的不定积分，故设(1)为一有理真分式． 根据代数知识，有理真分式必定可以表示成若干个部分分式之和(称为部分分式分解)．因而问题归结为求那些部分分式的不定积分．为此，先把怎样分解部分分式的步骤简述如下(可与例1对照着做)： 第一步 对分母()x Q 在实系数内作标准分解： ()()()()()t t t s q p x q x p xa x a x x Q μμλλ++++--=21121121 ， （2）其中()t i j i ,,2,1,1,0 ==μλβ均为自然数，而且.,,2,1,04;2211t j q p m j j si tj j i=-=+∑∑==μλ第二步 根据分母的各个因式分别写出与之相应的部分分式：对于每个形如()ka x -的因式，它所对应的部分分式是()();221kk a x A a x A a x A -++-+- 对每个形如()kq px x ++2的因式，它所对应的部分分式是()().22222211kkk qpx xC x B qpx x C x B q px x C x B ++++++++++++把所有部分分式加起来，使之等于()x R ．(至此，部分分式中的常数系数i i i C B A ,,尚为待定的.)第三步 确定待定系数：一般方法是将所有部分分式通分相加，所得分式的分母即为原分母()x Q ，而其分子亦应与原分子()x P 恒等．于是，按同幂项系数必定相等，得到一组关于待定系数的线性方程，这组方程的解就是需要确定的系数．例1 对()8425109422345234-+--+-++-=x x x x x x x x x x R 作部分分式分解 解 按上述步骤依次执行如下：()=x Q 84252345-+--+x x x x x ()()().12222+-+-=x x x x部分分式分解的待定形式为()().122222210+-++++++-=x x CBx x A x A x A x R （3） 用()x Q 乘上式两边，得一恒等式()()1210942220234+-+≡-++-x x x A x x x x +()()()()()121222221+--++-+-x x x A x x x x A+()()()222+-+x x C Bx （4）然后使等式两边同幂项系数相等，得到线性方程组：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=---=--+=+----=+++-=++常数项的系数，的系数，的系数，的系数 .1082449483442433123,22102122103210410C A A A x C B A A x C B A A A x C B A A A x B A A 求出它的解：1,1,1,2,1210=-=-===C B A A A ，并代人(3)式，这便完成了)(x R 的部分分式分解：.11)2(12221)(22+---+-++-=x x x x x x x R 上述待定系数法有时可用较简便的方法去替代．例如可将x 的某些特定值(如0)(=x Q 的根)代人(4)式，以便得到一组较简单的方程，或直接求得某几个待定系数的值．对于上例，若分别用2=x 和2-=x 代人(4)式，立即求得1120-==A A 和，于是（4）式简化成为)1)(2)(2(161232134+-+-=-+-x x x x A x x x .)2)(2)((2+-++x x C Bx为继续求得C B A ,,1，还可用x 的三个简单值代人上式，如令1,1,0-=x ，相应得到⎪⎩⎪⎨⎧=+-=++=+.83,233,42111C B A C B A C A 由此易得1,1,21=-==C B A ．这就同样确定了所有待定系数． 一旦完成了部分分式分解，最后求各个部分分式的不定积分．由以上讨论知道，任何有理真分式的不定积分都将归为求以下两种形式的不定积分：⎰-I k a x dx )()(； ()⎰<-+++II )04()(22q p dx q px x M Lx k ． 对于()I ，已知()()⎪⎩⎪⎨⎧>+--=+-=--⎰.1,11,1,ln )(1k C a x k k C a x a x dx k k 对于()II ，只要作适当换元(令2px t +=)，便化为()⎰⎰++=+++dt r t NLt dx q px x M Lx kk 222)(⎰⎰+++=,)()(2222k k r t dt N dt r t t L （5） 其中.2,422L pM N p q r -=-=． 当1=k 时，（5）式右边两个不定积分分别为⎰++=+C r t dt r t t )ln(212222， .arctan 122C r t r rt dt +=+⎰ （6） 当2≥k 时，（5）式右边第一个不定积分为C r t k dt r t t k k++-=+⎰-12222))(1(21)(. 对于第二个不定积分，记 ,)(122⎰-+=k k r t dtI 可用分部积分法导出递推公式如下：dt r t t r t r I k k ⎰+-+=)()(1222222⎰+-=-dt r t t r I r k k )(11222212⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=--122212)(1)1(211k k r t td k r I r .)()1(2111122212⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+=---k k k I r t tk r I r 经整理得到.)1(232))(1(2121222----++-=k k k I k r k r t k r t I （7） 重复使用递推公式(7)，最终归为计算1I ，这已由(6)式给出. 把所有这些局部结果代回(5)式，并令2p x t +=，就完成了对不定积分（II ）的计算．例2 求.)22(1222dx x x x ⎰+-+解：在本题中，由于被积函数的分母只有单一因式，因此，部分分式分解能被简化为222222)22()12()22()22(1+--++-=+-+x x x x x x x x .)22(12221222+--++-=x x x x x 现分别计算部分分式的不定积分如下：.)1arctan(1)1()1(22122C x x x d x x dx +-=+--=+-⎰⎰dx x x x dx x x x ⎰⎰+-+-=+--2222)22(1)22()22(12++-+-=⎰222)22()22(x x x x d []⎰+--221)1()1(x x d.)1(221222⎰+++--=t dtx x 由递推公式（7）,求得其中⎰⎰+++=+121)1(2)1(2222t dt t t t dt .)1arctan(21)22(2122C x x x x +-++--=于是得到 .)1arctan(23)22(23)22(12222C x x x x dx x x x +-++--=+-+⎰二、三角函数有理式的不定积分⎰dx x x R )cos ,(sin 是三角函数有理式的不定积分。
一般通过变换2tan xt =，可把它化为有理函数的不定积分。
这是因为,122tan12tan22cos 2sin 2cos 2sin 2sin 2222t t x x x x x x x +=+=+=（8） ,112tan 12tan 12cos 2sin 2sin 2cos cos 22222222t t x x x x x x x +-=+-=+-= ,122dt t dx += (9) 所以⎰⎰+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+=dt t t t t t R dx x x R 22221211,12)cos ,(sin ．例3 求⎰++dxx x x)cos 1(sin sin 1解 令2tanxt =，将(8)、(9)、代人被积表达式， ⎰⎰+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++++=++dt t t t t t t t dx x x x 222221*********)cos 1(sin sin 1 .2tan ln 212tan 2tan 41ln 2221122122C x x x C t t t dt t t +++=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰ 例4 求).0(cos sin 2222≠+⎰ab xb x a dx解：由于⎰⎰⎰+=+=+22222222222tan )(tan tan sec cos sin b x a x d dx b x a x x b x a dx , 故令x t tan =,就有⎰⎰⎰+=+=+222222222)()(1cos sin b at at d a b t a dt x b x a dx C b at ab +=arctan 1.tan arctan 1C x b a ab +⎪⎭⎫⎝⎛= 三、某些无理根式的不定积分1.⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++dx d cx b ax x R n ,型不定积分)0(≠-bc ad ．对此只需令n d cx b ax t ++=，就可化为有理函数的不定积分．例5求⎰-+dx x x x 221. 解：令,22-+=x x t 则有,)1(8,1)1(22222dt t tdx t t x --=-+= ⎰⎰+-=-+dt t t t dx x x x)1)(1(4221222⎰⎪⎭⎫⎝⎛+--=dt t t221212Ct t t+--+=arctan 211ln C x x x x x x +-+--+--++=22arctan 2)2/()2(1)2/()2(1ln 例6 求⎰-++.2)1(2xx x dx解：由于xxx x x x -++=-++21)1(12)1(122，故令xxt -+=21，则有,)1(6,1122222dt t t dx t t x +=+-= ⎰⎰-++=-++dx xxx xx x dx 21)1(12)1(22⎰⎰++--=+-==+⋅⋅+=C x x C t dt tdt t t t t t 12323232)1(69)1(222422（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。