(数学分析教案)第八章

第八章 不定积分

(14学时)

§1 不定积分概念与基本积分公式

教学目的要求： 掌握不定积分的概念和性质，会用初等数学中的公式和基本积分公式计算不定积分.

教学重点、难点：重点不定积分的定义，用初等数学中的公式和基本积分公式计算不定积分.

难点不定积分定义的理解. 学时安排: (2学时) 教学方法: 讲授法. 教学过程:

微分法的基本问题——从已知函数求出它的导数；但在某些实际问题中，往往需要考虑与之相反的问题——求一个已知函数，使其导数恰好是某一已知函数——这就是所谓的积分问题。

一 原函数与不定积分 （一） 原函数

定义1 设函数)(x f 与)(x F 在区间I 上有定义。若

)()(x f x F ='， I x ∈，

则称)(x F 为)(x f 在区间I 上的一个原函数。

如：3

3

1

x

是2

x 在R 上的一个原函数；x

2cos 2

1

-

， 1

2cos 2

1

+x ，

x 2

sin ，

x

2

cos -等都有是x 2sin 在R 上的原函数——若函数)(x f 存在原函数，则其原函数不是唯一的。 问题1 )(x f 在什么条件下必存在原函数？若存在，其个数是否唯一；又若不唯一，则

有多少个？ 问题2 若函数)(x f 的原函数存在，如何将它求出？（这是本章的重点内容）。 定理1 若)(x f 在区间I 上连续，则)(x f 在I 上存在原函数)(x F 。

证明：在第九章中进行。

说明：（1）由于初等函数在其定义域内都是连续的，故初等函数在其定义域内必存在原函数（但其原函数不一定仍是初等函数）。（2）连续是存在原函数的充分条件，并非必要条件。

定理2 设)(x F 是)(x f 在在区间I 上的一个原函数，则（1）设C x F +)(是)(x f 在在区间I 上的原函数，其中C 为任意常量（若)(x f 存在原函数，则其个数必为无穷多个）。（2）)(x f 在I 上的任何两个原函数之间，只可能相差上个常数（揭示了原函数间的关系）。

证明：由定义即可得。

（二） 不定积分

定义2 函数)(x f 在区间I 上的原函数的全体称为)(x f 在I 上的不定积分，记作：

⎰

dx

x f )(

其中⎰

-

-积分号；--)(x f 被积函数； --dx x f )(被积表达式；--x 积分变量。

注1

⎰

dx

x f )(是一个整体记号；

注2 不定积分与原函数是总体与个体的关系，即若)(x F 是)(x f 的一个原函数，则

)(x f 的不定积分是一个函数族{}C x F +)(，其中C 是任意常数，于是，记为

：⎰

dx

x f )(=C x F +)(。

此时称C 为积分常数，它可取任意实数。故有

⎰=')

(])([x f dx x f ——先积后导正好还原；

或 ⎰=dx

x f dx x f d )()(。

⎰

+='C

x f dx x f )()(——先导后积还原后需加上一个常数（不能完全还原）。 或 ⎰+=

C

x f x df )()(。

如：

C

x

dx x +=

⎰

3

3

2

，

C

x xdx +-

=⎰2cos 2

12sin 。

不定积分的几何意义： 若)(x F 是)(x f 的一个原函数，则称)(x F y =的图象为)(x f 的一条积分曲线。于是，)(x f 的不定积分在几何上表示)(x f 的某一条积分曲线沿纵轴方向任意平移所得一载积分曲线组成的曲线族，如左图。

结论：若在每一条积分曲线上横坐标相同的点处作切线，则这些切线互相平行。

注： 在求原函数的具体问题中，往往是先求出全体原函数，然后从中确定一个满足条件

00)(y x F =（称之为初始条件，一般由具体问题确定）的原函数，它就是积分曲线

族中通过点),(00y x 的那条积分曲线。如：见P179.

二 基本积分表

由于不定积分的定义不象导数定义那样具有构造性，这就使得求原函数的问题要比求导数难得多，因此，我们只能先按照微分法的已知结果去试探。首先，我们把基本导数公式

注意：上述基本积分公式一定要牢记，因为其它函数的不定积分经运算变形后，最终归结为这些基本不定积分。另外，还须借助一些积分法则才能求出更多函数的不定积分。

定理3 若函数)(x f 与)(x g 在区间I 上都存在原函数，21,k k 为两个任意常数，则

)()(21x g k x f k +也存在原函数，且⎰⎰⎰+=+dx x g k dx x f k dx x g k x f k )()()]()([2121（积

分的线性）。

证明：由定义即得。

注：线性法则的一般形式为： ⎰∑∑⎰

===

n

i n

i i i

i i

dx

x f k dx x f k

11

)()(。

例

1

n

n n n

a x a x a x a x p ++++=--11

10)( ,

则

C x a x a x n

a x

n a dx x p n n n

n +++

++

+=

-+⎰

2

111

2

1)( 。

例2 C

x x x

dx x x

dx x

x ++-=

++-=

++⎰⎰arctan 23

)1

2

1(1

1

3

2

2

2

4。 例3

⎰⎰

⎰+=

+=

dx

x x dx x

x x

x x x dx )sec (csc

sin

cos

sin cos

sin

cos

2

2

2

2

2

2

2

2

C x x ++-=t a n c o t 。 例4

C

x x dx x x xdx x ++-

=

-=⋅⎰⎰)2cos 2

14cos 4

1(2

1)2sin 4(sin 2

1sin 3cos

C

x x +--=)2c o s 4(c o s 8

1。

例5

⎰⎰⎰-+=

-+=----dx

dx dx x

x x

x

x

x

]2)10

()10

[()21010

()10

10

(2

2

222

C

x

x

+--=

-22)1010

(10

ln 21

22。

课后记

1．根据以往对本节教学的经验、教训，经反复强掉总有一些学生在求不定积分时忘记加任意常数C ，因此，在再一次组织对本节的教学时，我在整个教学流程中惯穿原函数与不定积分的区别，有一定的效果.

2．让同学们自己总结出以下两种方法,加深记忆,提高学习效率:验证所求不定积分是否正确的方法.对所求结果求导,已知一个函数的导数求这个函数,对其导数求不定积分,任意常数由初始条件确定.

§2 换元积分法与分部积分法

教学目的要求: 能熟练的用换元积分法与分部积分法计算不定积分. 教学重点难点: 换元积分法、分部积分法 学时安排: 4学时 教学过程:

一 换元积分法

定理4 （1）（换元积分法）设)(u g 在],[βα上有定义，)(x u ϕ=在],[b a 上可导，且βϕα≤≤)(x ，],[b a x ∈，记)())(()(x x g x f ϕϕ'=， ],[b a x ∈。（1）（第一换元积分法