इंटीग्रल को ऑनलाइन हल करना। अनिश्चितकालीन अभिन्न खोजें: शुरुआत की शुरुआत, समाधान के उदाहरण
एक अनिश्चित अभिन्न (एंटीडेरिवेटिव्स या "एंटी-डेरिवेटिव्स" का एक सेट) खोजने का अर्थ है इस फ़ंक्शन के ज्ञात व्युत्पन्न से फ़ंक्शन को पुनर्स्थापित करना। एंटीडेरिवेटिव्स का बहाल सेट एफ(एक्स) + से समारोह के लिए एफ(एक्स) एकीकरण स्थिरांक को ध्यान में रखता है सी. एक भौतिक बिंदु (व्युत्पन्न) की गति के अनुसार, इस बिंदु (मूल) की गति के नियम को बहाल किया जा सकता है; किसी बिंदु की गति के त्वरण के अनुसार - उसकी गति और गति का नियम। जैसा कि आप देख सकते हैं, भौतिकी से शर्लक होम्स की गतिविधि के लिए एकीकरण एक विस्तृत क्षेत्र है। हां, और अर्थव्यवस्था में, कई अवधारणाओं को कार्यों और उनके डेरिवेटिव के माध्यम से दर्शाया जाता है, और इसलिए, उदाहरण के लिए, यह संभव है एक निश्चित क्षणसमय (व्युत्पन्न) संबंधित समय पर उत्पादित उत्पादों की मात्रा को बहाल करने के लिए।
अनिश्चितकालीन समाकलन ज्ञात करने के लिए काफी कम संख्या में मूल समाकलन सूत्रों की आवश्यकता होती है। लेकिन इसे खोजने की प्रक्रिया केवल इन सूत्रों को लागू करने की तुलना में कहीं अधिक कठिन है। सभी जटिलताएं एकीकरण से संबंधित नहीं हैं, बल्कि अभिन्न अभिव्यक्ति को ऐसे रूप में लाने के लिए हैं जो ऊपर वर्णित मूल सूत्रों का उपयोग करके अनिश्चितकालीन अभिन्न को खोजना संभव बनाता है। इसका मतलब है कि एकीकरण का अभ्यास शुरू करने के लिए, आपको प्राप्त परिणामों को सक्रिय करने की आवश्यकता है उच्च विद्यालयअभिव्यक्ति परिवर्तन कौशल।
हम का उपयोग करके समाकलन ज्ञात करना सीखेंगे गुण और अनिश्चितकालीन अभिन्न की तालिकाइस विषय की बुनियादी अवधारणाओं के बारे में पाठ से (एक नई विंडो में खुलता है)।
समाकल ज्ञात करने की कई विधियाँ हैं, जिनमें से परिवर्तनीय प्रतिस्थापन विधितथा भागों द्वारा एकीकरण की विधि- उच्च गणित सफलतापूर्वक उत्तीर्ण करने वाले प्रत्येक व्यक्ति के लिए एक अनिवार्य सज्जन सेट। हालांकि, अनिश्चित अभिन्न के गुणों पर निम्नलिखित दो प्रमेयों के आधार पर विस्तार विधि का उपयोग करके एकीकरण सीखना शुरू करना अधिक उपयोगी और सुखद है, जिसे हम यहां सुविधा के लिए दोहराएंगे।
प्रमेय 3.समाकलन में अचर गुणनखंड को अनिश्चित समाकल के चिह्न से निकाला जा सकता है, अर्थात्।
प्रमेय 4.फलनों की एक सीमित संख्या के बीजीय योग का अनिश्चित समाकल इन फलनों के अनिश्चित समाकलों के बीजगणितीय योग के बराबर होता है, अर्थात्।
(2)
इसके अलावा, निम्नलिखित नियम एकीकरण में उपयोगी हो सकता है: यदि समाकलन के व्यंजक में एक स्थिर गुणनखंड होता है, तो प्रतिअवकलन के व्यंजक को अचर गुणनखंड के व्युत्क्रम से गुणा किया जाता है, अर्थात्
(3)
चूंकि यह पाठ एकीकरण समस्याओं को हल करने के लिए एक परिचय है, इसलिए दो चीजों पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है जो या तो पहले से ही हैं आरंभिक चरण, या थोड़ी देर बाद आपको आश्चर्य हो सकता है। आश्चर्य इस तथ्य के कारण है कि एकीकरण भेदभाव का उलटा संचालन है और अनिश्चितकालीन अभिन्न को "एंटी-डेरिवेटिव" कहा जा सकता है।
पहली बात जो एकीकृत करते समय आश्चर्यचकित नहीं होनी चाहिए।इंटीग्रल की तालिका में ऐसे सूत्र हैं जिनका व्युत्पन्न तालिका के सूत्रों में कोई एनालॉग नहीं है . ये निम्नलिखित सूत्र हैं:
हालाँकि, कोई यह सत्यापित कर सकता है कि इन सूत्रों के दायीं ओर के व्यंजकों का अवकलज संगत समाकलों से मेल खाता है।
दूसरी बात एकीकृत करते समय आश्चर्यचकित न हों. यद्यपि किसी भी प्राथमिक फलन का अवकलज भी एक प्राथमिक फलन है, कुछ प्राथमिक फलनों के अनिश्चित समाकल अब प्राथमिक फलन नहीं रह गए हैं . ऐसे अभिन्न के उदाहरण हैं:
एक एकीकरण तकनीक विकसित करने के लिए निम्नलिखित कौशल उपयोगी होंगे: अंशों को कम करना, एक बहुपद को अंश में एक मोनोमियल द्वारा हर में एक मोनोमियल द्वारा विभाजित करना (अनिश्चित अभिन्न का योग प्राप्त करने के लिए), जड़ों को एक शक्ति में परिवर्तित करना, एक मोनोमियल को गुणा करके एक बहुपद, एक शक्ति को ऊपर उठाना। इंटीग्रैंड को बदलने के लिए इन कौशलों की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप इंटीग्रल की तालिका में मौजूद इंटीग्रल का योग होना चाहिए।
अनिश्चित समाकलों को एक साथ ढूँढना
उदाहरण 1अनिश्चितकालीन अभिन्न का पता लगाएं
.
समाधान। हम समाकलन के हर में एक बहुपद देखते हैं जिसमें x का वर्ग है। यह लगभग एक निश्चित संकेत है कि तालिका अभिन्न 21 (परिणाम के चाप स्पर्शरेखा के साथ) को लागू किया जा सकता है। हम भाजक से गुणनखंड-दो निकालते हैं (अभिन्न का ऐसा गुण होता है - समाकलन चिह्न से एक अचर गुणनखंड निकाला जा सकता है, इसे ऊपर प्रमेय 3 के रूप में वर्णित किया गया था)। इन सबका परिणाम :
अब हर वर्गों का योग है, जिसका अर्थ है कि हम उल्लिखित तालिका अभिन्न को लागू कर सकते हैं। अंत में हमें उत्तर मिलता है:
.
उदाहरण 2अनिश्चितकालीन अभिन्न का पता लगाएं
समाधान। हम फिर से प्रमेय 3 लागू करते हैं - अभिन्न का गुण, जिसके आधार पर स्थिर कारक को अभिन्न चिह्न से निकाला जा सकता है:
हम समाकलन की तालिका (डिग्री में चर) से सूत्र 7 को समाकलन पर लागू करते हैं:
.
हम परिणामी भिन्नों को कम करते हैं और हमारे पास अंतिम उत्तर होता है:
उदाहरण 3अनिश्चितकालीन अभिन्न का पता लगाएं
समाधान। गुणों पर पहले प्रमेय 4 और फिर प्रमेय 3 को लागू करने पर, हम इस समाकल को तीन समाकलों के योग के रूप में पाते हैं:
प्राप्त सभी तीन समाकल सारणीबद्ध हैं। हम के लिए समाकलकों की तालिका से सूत्र (7) का उपयोग करते हैं एन = 1/2, एन= 2 और एन= 1/5, और फिर
सभी तीन मनमाना स्थिरांक को जोड़ती है जो तीन अभिन्नों को खोजने के दौरान पेश किए गए थे। इसलिए, समान स्थितियों में, एकीकरण का केवल एक मनमाना स्थिरांक (स्थिर) पेश किया जाना चाहिए।
उदाहरण 4अनिश्चितकालीन अभिन्न का पता लगाएं
समाधान। जब समाकलन के हर में एकपदी होती है, तो हम अंश को हर पद से पद से विभाजित कर सकते हैं। मूल समाकलन दो समाकलनों के योग में बदल गया:
.
टेबल इंटीग्रल को लागू करने के लिए, हम जड़ों को घात में बदलते हैं और यहाँ अंतिम उत्तर है:
हम अनिश्चितकालीन समाकलों को एक साथ खोजना जारी रखते हैं
उदाहरण 7अनिश्चितकालीन अभिन्न का पता लगाएं
समाधान। यदि हम द्विपद का वर्ग करके समाकलन को रूपांतरित करते हैं और अंश को हर पद से विभाजित करते हैं, तो मूल समाकल तीन समाकलों का योग बन जाता है।
गणना विधियों का अवलोकन प्रस्तुत किया गया है अनिश्चित समाकलन. एकीकरण के मुख्य तरीकों पर विचार किया जाता है, जिसमें योग और अंतर का एकीकरण, स्थिरांक को अभिन्न चिह्न से बाहर निकालना, चर को बदलना और भागों द्वारा एकीकृत करना शामिल है। यह भी माना जाता है विशेष तरीकेऔर भिन्नों, मूलों, त्रिकोणमितीय और घातांकीय कार्यों को एकीकृत करने की तकनीकें।
एंटिडेरिवेटिव और अनिश्चितकालीन अभिन्न
फलन f(x) का प्रतिअवकलन F(x) एक ऐसा फलन है जिसका अवकलज f(x) के बराबर है:
एफ′(एक्स) = एफ(एक्स), एक्स ∈,
कहाँ पे Δ
- वह अंतराल जिस पर यह समीकरण संतुष्ट होता है।
सभी प्रतिपदार्थों के समुच्चय को अनिश्चित समाकलन कहा जाता है:
,
जहाँ C, x से अचर स्वतंत्र है।
मूल सूत्र और एकीकरण के तरीके
इंटीग्रल की तालिका
अनिश्चित समाकलों की गणना का अंतिम लक्ष्य, रूपांतरणों के माध्यम से, दिए गए समाकल को सरल या सारणीबद्ध समाकलों वाले व्यंजक में लाना है।
इंटीग्रल की तालिका देखें >>>
योग (अंतर) एकीकरण नियम
अभिन्न चिह्न से स्थिरांक निकालना
मान लीजिए कि c, x से एक अचर स्वतंत्र है। तब इसे अभिन्न चिन्ह से निकाला जा सकता है:
परिवर्तनीय प्रतिस्थापन
मान लीजिए x एक चर t , x = (t) का एक फलन है, तो
.
या इसके विपरीत, t = (x) ,
.
चर के परिवर्तन की मदद से, आप न केवल सरल इंटीग्रल की गणना कर सकते हैं, बल्कि अधिक जटिल लोगों की गणना को भी सरल बना सकते हैं।
भागों द्वारा एकीकरण का नियम
भिन्नों का एकीकरण (तर्कसंगत कार्य)
आइए एक संकेतन का परिचय दें। मान लीजिए P k (x), Q m (x), R n (x) चर x के संबंध में क्रमशः k, m, n डिग्री वाले बहुपदों को दर्शाता है।
बहुपद (तथाकथित तर्कसंगत कार्य) के एक अंश से मिलकर एक अभिन्न पर विचार करें:
यदि k n, तो सबसे पहले आपको भिन्न के पूर्णांक भाग का चयन करना होगा:
.
बहुपद S k-n (x) का समाकल समाकलन की तालिका से परिकलित किया जाता है।
अभिन्न अवशेष:
, जहां एम< n
.
इसकी गणना करने के लिए, समाकलन को साधारण भिन्नों में विघटित किया जाना चाहिए।
ऐसा करने के लिए, आपको समीकरण की जड़ों को खोजने की जरूरत है:
क्यू एन (एक्स) = 0।
प्राप्त मूलों का उपयोग करते हुए, आपको हर को गुणनखंडों के गुणनफल के रूप में निरूपित करने की आवश्यकता है:
क्यू एन (एक्स) = एस (एक्स-ए) एन ए (एक्स-बी) एन बी ... (एक्स 2 +एक्स+एफ) एन ई (एक्स 2 +जीएक्स+के) एन जी ....
यहाँ s x n , x 2 + ex + f > 0 , x 2 + gx + k > 0 , ... के लिए गुणांक है।
उसके बाद, भिन्न को सरलतम में विघटित करें:
समाकलन करने पर हमें सरल समाकलों से युक्त व्यंजक प्राप्त होता है।
फॉर्म के इंटीग्रल
सारणीबद्ध प्रतिस्थापन t = x - a में घटाया जाता है।
अभिन्न पर विचार करें:
आइए अंश को रूपांतरित करें:
.
समाकलन में प्रतिस्थापित करने पर, हमें एक व्यंजक प्राप्त होता है जिसमें दो समाकलन शामिल होते हैं:
,
.
सबसे पहले, प्रतिस्थापन t \u003d x 2 + ex + f को तालिका में घटाया जाता है।
दूसरा, कमी सूत्र के अनुसार:
अभिन्न में कम हो गया है
हम इसके हर को वर्गों के योग में लाते हैं:
.
फिर प्रतिस्थापन द्वारा, अभिन्न
तालिका में भी दिया गया है।
अपरिमेय कार्यों का एकीकरण
आइए एक संकेतन का परिचय दें। मान लीजिए R(u 1 , u 2 , ... , u n ) चर u 1 , u 2 , ... , u n के एक परिमेय फलन को निरूपित करता है। वह है
,
जहाँ P, Q, u 1 , u 2 , ... , u n चरों वाले बहुपद हैं।
भिन्नात्मक रैखिक अपरिमेयता
फॉर्म के इंटीग्रल पर विचार करें:
,
कहाँ पे - परिमेय संख्या, m 1 , n 1 , ..., m s , n s पूर्णांक हैं।
मान लीजिए n संख्याओं r 1 , ..., r s का उभयनिष्ठ हर है।
तब समाकलन को प्रतिस्थापन द्वारा परिमेय कार्यों के समाकल में घटाया जाता है:
.
अंतर द्विपद से समाकलन
अभिन्न पर विचार करें:
,
जहाँ m, n, p परिमेय संख्याएँ हैं, a, b वास्तविक संख्याएँ हैं।
इस तरह के इंटीग्रल तीन मामलों में तर्कसंगत कार्यों के इंटीग्रल को कम करते हैं।
1) यदि p एक पूर्णांक है। प्रतिस्थापन x = t N, जहाँ N भिन्न m और n का उभयनिष्ठ हर है।
2) यदि एक पूर्णांक है। प्रतिस्थापन a x n + b = t M, जहाँ M, p का हर है।
3) यदि एक पूर्णांक है। प्रतिस्थापन a + b x - n = t M, जहाँ M, p का हर है।
यदि तीन संख्याओं में से कोई भी पूर्णांक नहीं है, तो चेबीशेव के प्रमेय द्वारा इस रूप के समाकलकों को प्राथमिक कार्यों के परिमित संयोजन द्वारा व्यक्त नहीं किया जा सकता है।
कुछ मामलों में, पहले m और p के अधिक सुविधाजनक मानों के लिए इंटीग्रल को कम करना उपयोगी हो सकता है। यह कास्ट सूत्रों का उपयोग करके किया जा सकता है:
;
.
एक वर्ग त्रिपद के वर्गमूल वाले समाकलन
यहां हम फॉर्म के इंटीग्रल पर विचार करते हैं:
,
यूलर प्रतिस्थापन
इस तरह के इंटीग्रल को तीन यूलर प्रतिस्थापनों में से एक के तर्कसंगत कार्यों के इंटीग्रल में घटाया जा सकता है:
, a > 0 के लिए;
, सी > 0 के लिए;
, जहां x 1 समीकरण a x 2 + b x + c = 0 का मूल है। यदि इस समीकरण की वास्तविक जड़ें हैं।
त्रिकोणमितीय और अतिपरवलयिक प्रतिस्थापन
प्रत्यक्ष तरीके
ज्यादातर मामलों में, यूलर प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप प्रत्यक्ष विधियों की तुलना में लंबी गणना होती है। प्रत्यक्ष विधियों का उपयोग करते हुए, समाकलन को निम्न प्रकारों में से एक में घटाया जाता है।
मैं अंकित करता हुँ
फॉर्म का इंटीग्रल:
,
जहाँ P n (x) घात n का एक बहुपद है।
इस तरह के इंटीग्रल पहचान का उपयोग करते हुए अनिश्चित गुणांक की विधि द्वारा पाए जाते हैं:
इस समीकरण को अलग करने और बाएँ और दाएँ पक्षों को समान करने पर, हम गुणांक A i पाते हैं।
द्वितीय प्रकार
फॉर्म का इंटीग्रल:
,
जहाँ P m (x) घात m का एक बहुपद है।
प्रतिस्थापन टी = (एक्स - α) -1यह अभिन्न पिछले प्रकार के लिए कम हो गया है। यदि m n, तो भिन्न का एक पूर्णांक भाग होना चाहिए।
तृतीय प्रकार
तीसरा और सबसे कठिन प्रकार:
.
यहां आपको एक प्रतिस्थापन करने की आवश्यकता है:
.
तब इंटीग्रल फॉर्म लेगा:
.
इसके अलावा, स्थिरांक α, β को इस तरह चुना जाना चाहिए कि t पर गुणांक गायब हो जाएं:
बी = 0, बी 1 = 0।
फिर इंटीग्रल दो प्रकार के इंटीग्रल के योग में विघटित हो जाता है:
;
,
जो क्रमशः प्रतिस्थापन द्वारा एकीकृत होते हैं:
जेड 2 \u003d ए 1 टी 2 + सी 1;
वाई 2 \u003d ए 1 + सी 1 टी -2।
सामान्य मामला
अनुवांशिक (त्रिकोणमितीय और घातीय) कार्यों का एकीकरण
हम पहले ही नोट कर लेते हैं कि वे विधियाँ जो त्रिकोणमितीय फलनों पर लागू होती हैं, अतिपरवलयिक फलनों पर भी लागू होती हैं। इस कारण से, हम अतिपरवलयिक फलनों के एकीकरण पर अलग से विचार नहीं करेंगे।
cos x और sin x . के परिमेय त्रिकोणमितीय फलनों का एकीकरण
फॉर्म के त्रिकोणमितीय कार्यों के इंटीग्रल पर विचार करें:
,
जहाँ R एक परिमेय फलन है। इसमें स्पर्शरेखा और कोटंगेंट भी शामिल हो सकते हैं, जिन्हें साइन और कोसाइन के माध्यम से परिवर्तित किया जाना चाहिए।
ऐसे कार्यों को एकीकृत करते समय, तीन नियमों को ध्यान में रखना उपयोगी होता है:
1) अगर आर ( cosx, sinx)मात्राओं में से एक के सामने साइन परिवर्तन से -1 से गुणा किया जाता है क्योंकि xया पाप x, तो उनमें से दूसरे को t से निरूपित करना उपयोगी है।
2) अगर आर ( cosx, sinx)पहले एक ही समय में संकेत बदलने से नहीं बदलता है क्योंकि xतथा पाप x, तो यह डालना उपयोगी है तन एक्स = टीया सीटीजी एक्स = टी.
3) सभी स्थितियों में प्रतिस्थापन एक परिमेय भिन्न के समाकल की ओर ले जाता है। दुर्भाग्य से, यह प्रतिस्थापन पिछले वाले की तुलना में लंबी गणनाओं में परिणत होता है, यदि लागू हो।
cos x और sin x . के घात फलन का गुणनफल
फॉर्म के इंटीग्रल पर विचार करें:
यदि m और n परिमेय संख्याएँ हैं, तो क्रमचयों में से एक t = पाप xया टी = क्योंकि xसमाकल अवकल द्विपद के समाकल में कम हो जाता है।
यदि m और n पूर्णांक हैं, तो पूर्णांकों की गणना भागों द्वारा एकीकृत करके की जाती है। इसके परिणामस्वरूप निम्नलिखित कमी सूत्र प्राप्त होते हैं:
;
;
;
.
भागों द्वारा एकीकरण
यूलर सूत्र का अनुप्रयोग
यदि कार्यों में से किसी एक के संबंध में इंटीग्रैंड रैखिक है
क्योंकि कुल्हाड़ीया सिनैक्स, तो यूलर सूत्र लागू करना सुविधाजनक है:
ई आईएक्स = cos ax + isin ax(जहां मैं 2 = - 1
),
इस फ़ंक्शन को के साथ बदलना ईआईएएक्सऔर वास्तविक को हाइलाइट करना (बदलते समय क्योंकि कुल्हाड़ी) या काल्पनिक भाग (बदलते समय सिनैक्स) परिणाम से।
सन्दर्भ:
एन.एम. गुंथर, आर.ओ. कुज़मिन, उच्च गणित में समस्याओं का संग्रह, लैन, 2003।
"गणित" नामक विज्ञान में समाकलन को हल करने की प्रक्रिया को समाकलन कहा जाता है। एकीकरण की मदद से, आप कुछ भौतिक मात्राएँ पा सकते हैं: क्षेत्रफल, आयतन, पिंडों का द्रव्यमान, और बहुत कुछ।
इंटीग्रल अनिश्चित और निश्चित हैं। एक निश्चित समाकल के रूप पर विचार करें और उसके भौतिक अर्थ को समझने का प्रयास करें। यह इस प्रकार दिखाई देता है: $$ \int ^a _b f(x) dx $$। विशेष फ़ीचरएक अनिश्चित समाकल का एक निश्चित समाकल लिखना जिसमें समाकलन की सीमाएँ a और b हैं। अब हम यह पता लगाएंगे कि वे किस लिए हैं, और एक निश्चित अभिन्न साधन क्या हैं। ज्यामितीय अर्थ में, ऐसा अभिन्न क्षेत्रफल के बराबरवक्र f(x), रेखा a और b, और अक्ष ऑक्स से घिरा हुआ चित्र।
चित्र 1 से यह देखा जा सकता है कि निश्चित समाकल वही क्षेत्र है जो छायांकित है भूरे रंग में. आइए इसे एक साधारण उदाहरण से देखें। एकीकरण का उपयोग करके नीचे दी गई छवि में आकृति का क्षेत्रफल ज्ञात करें, और फिर इसकी गणना करें सामान्य तरीके सेलंबाई को चौड़ाई से गुणा करना।
चित्र 2 दर्शाता है कि $ y=f(x)=3 $, $ a=1, b=2 $। अब हम उन्हें समाकलन की परिभाषा में प्रतिस्थापित करते हैं, हम पाते हैं कि $$ S=\int _a ^b f(x) dx = \int _1 ^2 3 dx = $$ $$ =(3x) \Big|_1 ^2 =(3 \ cdot 2)-(3 \cdot 1)=$$ $$=6-3=3 \text(unit)^2 $$ आइए सामान्य तरीके से देखें। हमारे मामले में, लंबाई = 3, आकार की चौड़ाई = 1. $$ S = \text(लंबाई) \cdot \text(चौड़ाई) = 3 \cdot 1 = 3 \text(unit)^2 $$ जैसा कि आप देख सकते हैं, सब कुछ पूरी तरह से मेल खाता था।
प्रश्न उठता है: अनिश्चित समाकलों को कैसे हल किया जाए और उनका अर्थ क्या है? इस तरह के इंटीग्रल का समाधान एंटीडेरिवेटिव फ़ंक्शंस की खोज है। यह प्रक्रिया व्युत्पन्न खोजने के विपरीत है। प्रतिअवकलन ज्ञात करने के लिए, आप गणित में समस्याओं को हल करने में हमारी सहायता का उपयोग कर सकते हैं, या आपको समाकलकों के गुणों और सरलतम प्राथमिक फलनों की समाकलन तालिका को स्वतंत्र रूप से याद रखना चाहिए। ढूँढना इस तरह दिखता है $$ \int f(x) dx = F(x) + C \text(जहां) F(x) $ $ f(x), C = const $ का प्रतिपदार्थ है।
अभिन्न को हल करने के लिए, आपको चर के संबंध में $ f(x) $ फ़ंक्शन को एकीकृत करने की आवश्यकता है। यदि फलन सारणीबद्ध है, तो उत्तर उपयुक्त रूप में लिखा जाता है। यदि नहीं, तो ट्रिकी गणितीय परिवर्तनों द्वारा फ़ंक्शन $ f(x) $ से तालिका फ़ंक्शन प्राप्त करने के लिए प्रक्रिया को कम कर दिया गया है। इसके लिए विभिन्न विधियाँ और गुण हैं, जिनकी चर्चा हम नीचे करेंगे।
तो, आइए अब एक एल्गोरिथम बनाते हैं कि डमी के लिए इंटीग्रल कैसे हल करें?
इंटीग्रल की गणना के लिए एल्गोरिदम
- निश्चित समाकल ज्ञात कीजिए या नहीं।
- यदि अपरिभाषित है, तो आपको गणितीय परिवर्तनों का उपयोग करके एकीकृत $ f(x) $ के एंटीडेरिवेटिव फ़ंक्शन $ F(x) $ को खोजने की आवश्यकता है जो फ़ंक्शन $ f(x) $ को एक सारणीबद्ध रूप में लाते हैं।
- यदि परिभाषित किया गया है, तो चरण 2 को निष्पादित किया जाना चाहिए, और फिर $a$ और $b$ की सीमाओं को एंटीडेरिवेटिव फ़ंक्शन $F(x)$ में प्रतिस्थापित करें। ऐसा करने के लिए किस सूत्र से आप "न्यूटन लाइबनिज फॉर्मूला" लेख में सीखेंगे।
समाधान उदाहरण
तो, आपने सीखा है कि डमी के लिए इंटीग्रल को कैसे हल किया जाए, इंटीग्रल को हल करने के उदाहरणों को अलमारियों पर हल किया गया है। उन्होंने अपना भौतिक और ज्यामितीय अर्थ सीखा। अन्य लेखों में समाधान विधियों पर चर्चा की जाएगी।
क्या डिफरेंशियल साइन के तहत नॉन-लीनियर फंक्शन लाना संभव है? हाँ, यदि समाकलन दो कारकों का गुणनफल है: एक कारक कुछ गैर-रैखिक फलनों का एक जटिल फलन है, और दूसरा कारक इस अरैखिक फलन का व्युत्पन्न है। आइए उदाहरणों को देखें।
अनिश्चितकालीन अभिन्न खोजें।
उदाहरण 1. (2x + 1)(x 2 + x + 2) 5 dx = ∫(x 2 + x + 2) 5 d (x 2 + x + 2) =(x²+x+2) 6 : 6+सी.
यह एकीकृत क्या है? काम ऊर्जा समीकरणसे (x 2 + x + 2) और गुणनखंड (2x + 1), जो डिग्री के आधार के व्युत्पन्न के बराबर है: (x 2 + x + 2) "= 2x + 1.
इसने हमें अंतर चिह्न के तहत (2x + 1) लाने की अनुमति दी:
यू 5 डु=यू 6 : 6+ सी। (फॉर्मूला 1)। )
इंतिहान। (एफ (एक्स) + सी)" = ((एक्स² + एक्स + 2) 6 : 6 + सी)′=1/6 6 (एक्स 2 + एक्स + 2) 5 (एक्स 2 + एक्स + 2)" =
\u003d (x 2 + x + 2) 5 (2x + 1) \u003d (2x + 1) (x 2 + x + 2) 5 \u003d f (x)।
उदाहरण 2(3x 2 - 2x + 3)(x 3 - x 2 + 3x + 1) 5 dx = ∫ (x 3 - x 2 + 3x + 1) 5 d (x 3 - x 2 + 3x + 1) =
=(x³- x²+3x+1) 6 : 6+सी
यह उदाहरण उदाहरण 1 से किस प्रकार भिन्न है? कुछ भी तो नहीं! आधार (x 3 - x 2 + 3x + 1) के साथ समान पांचवीं शक्ति को त्रिपद (3x 2 - 2x + 3) से गुणा किया जाता है, जो कि डिग्री के आधार का व्युत्पन्न है: (x 3 - x 2 + 3x + 1) "= 3x 2 - 2x + 3. हम डिग्री के इस आधार को डिफरेंशियल साइन के तहत लाए, जिससे इंटीग्रैंड का मान नहीं बदला, और फिर वही फॉर्मूला 1 लागू किया।) अभिन्न)
उदाहरण 3
यहाँ (2x 3 - 3x) का अवकलज (6x 2 - 3) देगा, और हमारे पास है
वहाँ है (12x 2 - 6), अर्थात्, में व्यंजक 2 गुना अधिक है, तो चलो योग (2x 3 - 3x) अंतर के संकेत के तहत, और कारक को अभिन्न से पहले रखें 2 . आइए सूत्र लागू करें 2) (चादर ).
यहाँ क्या होता है:
आइए जाँच करें, इस पर विचार करते हुए:
उदाहरण। अनिश्चितकालीन अभिन्न खोजें।
1. (6x+5) 3 डीएक्स। हम कैसे तय करेंगे? शीट को देखो और हम कुछ इस तरह तर्क देते हैं: इंटीग्रैंड एक डिग्री है, और हमारे पास डिग्री इंटीग्रल के लिए एक फॉर्मूला है (सूत्र 1) ), लेकिन इसमें डिग्री का आधार तुमऔर एकीकरण चर भी यू
और हमारे पास एक एकीकरण चर है एक्स, और डिग्री का आधार (6x+5). आइए एकीकरण चर में परिवर्तन करें: dx के बजाय हम d (6x+5) लिखते हैं। किया बदल गया? चूंकि, डिफरेंशियल साइन d के बाद जो आता है, वह डिफॉल्ट रूप से डिफरेंशियल होता है,
तब d (6x+5)=6dx, अर्थात्। जब चर x को चर (6x + 5) से बदल दिया जाता है, तो समाकलन 6 गुना बढ़ जाता है, इसलिए हम गुणनखंड 1/6 को पूर्णांक चिह्न के सामने रखते हैं। आप इन तर्कों को इस प्रकार लिख सकते हैं:
इसलिए, हमने इस उदाहरण को एक नया चर पेश करके हल किया (चर x को चर 6x+5 से बदल दिया गया था)। और आपने नया चर (6x + 5) कहाँ लिखा है? अंतर के संकेत के तहत। इसलिए, एक नया चर पेश करने की इस पद्धति को अक्सर कहा जाता है तरीका (या रास्ता ) उपसंहार(नया चर ) अंतर चिह्न के तहत.
दूसरे उदाहरण में, हमने पहले एक ऋणात्मक घातांक के साथ एक डिग्री प्राप्त की, और फिर इसे डिफरेंशियल साइन (7x-2) के तहत अभिव्यक्त किया और डिग्री इंटीग्रल फॉर्मूला का उपयोग किया। 1) (इंटीग्रल्स ).
आइए एक उदाहरण समाधान लेते हैं 3.
समाकलन के पहले गुणांक 1/5 है। क्यों? चूँकि d (5x-2)=5dx, तब, डिफरेंशियल साइन के तहत फंक्शन u=5x-2 को प्रतिस्थापित करते हुए, हमने इंटीग्रैंड को 5 गुना बढ़ा दिया, इसलिए, इस एक्सप्रेशन के मान में बदलाव न हो, इसके लिए यह आवश्यक था। 5 से विभाजित करने के लिए, अर्थात। 1/5 से गुणा करें। इसके बाद, सूत्र का उपयोग किया गया 2) (अभिन्न) .
सभी सरलतम समाकलन सूत्र इस प्रकार दिखाई देंगे:
∫f (एक्स) डीएक्स=एफ (एक्स)+सी, और निम्नलिखित समानता होनी चाहिए:
(एफ (एक्स) + सी) "= एफ (एक्स)।
समेकन सूत्र संगत विभेदन सूत्रों को उलट कर प्राप्त किया जा सकता है।
सचमुच,
प्रतिपादक एनभिन्नात्मक हो सकता है। प्राय: आपको फलन y=√x का अनिश्चित समाकल ज्ञात करना होता है। सूत्र का उपयोग करके फ़ंक्शन f (x)=√x के अभिन्न की गणना करें 1) .
आइए इस उदाहरण को एक सूत्र के रूप में लिखें 2) .
चूंकि (x+C)"=1, तब ∫dx=x+C.
3) dx=x+C.
1 / x² को x -2 से प्रतिस्थापित करते हुए, हम 1 / x² के समाकलन की गणना करते हैं।
और आप यह उत्तर जाने-माने विभेदन सूत्र को उलट कर प्राप्त कर सकते हैं:
हम अपने तर्क को सूत्र के रूप में लिखते हैं 4).
परिणामी समानता के दोनों पक्षों को 2 से गुणा करने पर, हम सूत्र प्राप्त करते हैं 5).
आइए मुख्य त्रिकोणमितीय फलनों के समाकलों का पता लगाएं, उनके अवकलजों को जानते हुए: (sinx)"=cosx; (cosx)"=-sinx; (tgx)"=1/cos²x; (ctgx)"=-1/sin²x। हमें एकीकरण सूत्र मिलते हैं 6) — 9).
6) ∫cosxdx=sinx+C;
7) sinxdx=-cosx+C;
घातांक और लघुगणक फलनों का अध्ययन करने के बाद, हम कुछ और सूत्र जोड़ेंगे।
अनिश्चितकालीन अभिन्न के मूल गुण।
मैं।अनिश्चितकालीन समाकल का अवकलज समाकलन के बराबर होता है .
(∫f(x)dx)"=f(x)।
द्वितीय.अनिश्चितकालीन समाकल का अंतर समाकलन के बराबर होता है।
डी∫एफ (एक्स) डीएक्स = एफ (एक्स) डीएक्स।
III.किसी फलन के अवकलन (व्युत्पन्न) का अनिश्चित समाकल इस फलन के योग और एक मनमाना स्थिरांक C के बराबर होता है।
dF(x)=F(x)+Cया ∫F"(x) dx=F(x)+C.
ध्यान दें: I, II और III गुणों में, अंतर और अभिन्न (अभिन्न और अंतर) के संकेत एक दूसरे को "खाते हैं"!
चतुर्थ।समाकलन के अचर गुणनखंड को समाकल चिह्न से निकाला जा सकता है।
kf (x) dx=k f (x) dx,कहाँ पे कएक स्थिर मान है जो शून्य के बराबर नहीं है।
वीकार्यों के बीजीय योग का समाकलन इन फलनों के समाकलों के बीजगणितीय योग के बराबर होता है।
∫(f (x)±g (x)) dx=∫f (x) dx±∫g (x) dx.
VI.यदि F(x) f(x) और . के लिए एक प्रतिअवकलन है कतथा बीस्थिर मान हैं, और, क≠0, तब (1/k) F (kx+b) f (kx+b) का प्रतिअवकलन है। दरअसल, एक जटिल फ़ंक्शन के व्युत्पन्न की गणना के नियम के अनुसार, हमारे पास है:
तुम लिख सकते हो:
प्रत्येक गणितीय क्रिया के लिए एक व्युत्क्रम क्रिया होती है। विभेदन की क्रिया के लिए (कार्यों के व्युत्पन्न ढूँढना), एक व्युत्क्रम क्रिया भी है - एकीकरण। एकीकरण के माध्यम से, एक फ़ंक्शन उसके दिए गए व्युत्पन्न या अंतर द्वारा पाया (बहाल) पाया जाता है। पाए गए फ़ंक्शन को कहा जाता है प्राचीन.
परिभाषा।विभेदक कार्य एफ (एक्स)फ़ंक्शन के लिए एंटीडेरिवेटिव कहा जाता है एफ (एक्स)किसी दिए गए अंतराल पर, यदि सभी के लिए एक्सइस अंतराल से समानता सत्य है: एफ′ (एक्स) = एफ (एक्स).
उदाहरण। फलन के लिए अवकलज ज्ञात कीजिए: 1) f (x)=2x; 2) f(x)=3cos3x।
1) चूँकि (x²)′=2x, फिर, परिभाषा के अनुसार, फलन F (x)=x² फलन f (x)=2x के लिए प्रतिअवकलन होगा।
2) (sin3x)′=3cos3x। अगर हम f (x)=3cos3x और F (x)=sin3x को निरूपित करते हैं, तो, एंटीडेरिवेटिव की परिभाषा से, हमारे पास है: F′(x)=f (x), और, इसलिए, F (x)=sin3x है f ( x)=3cos3x के लिए एक प्रतिअवकलन।
ध्यान दें कि और (sin3x +5 )′= 3cos3x, और (sin3x -8,2 )′= 3cos3x, ... में सामान्य दृष्टि सेलिखा जा सकता है: (sin3x +सी)′= 3cos3x, कहाँ पे सेकुछ स्थिर मूल्य है। ये उदाहरण भेदभाव की कार्रवाई के विपरीत, एकीकरण की कार्रवाई की अस्पष्टता की बात करते हैं, जब किसी भी अलग-अलग फ़ंक्शन में एक ही व्युत्पन्न होता है।
परिभाषा।यदि समारोह एफ (एक्स)फंक्शन के लिए एंटीडेरिवेटिव है एफ (एक्स)कुछ अंतराल पर, फिर इस फ़ंक्शन के सभी एंटीडेरिवेटिव्स के सेट का रूप है:
एफ (एक्स) + सीजहाँ C कोई वास्तविक संख्या है।
विचाराधीन अंतराल पर फलन f (x) के सभी प्रतिअवकलजों F (x) + C के समुच्चय को अनिश्चित समाकल कहते हैं और इसे प्रतीक द्वारा निरूपित किया जाता है। ∫ (अभिन्न संकेत)। लिखो: ∫f (एक्स) डीएक्स=एफ (एक्स)+सी.
अभिव्यक्ति एफ (एक्स) डीएक्सपढ़ें: "एक्स से डी एक्स तक इंटीग्रल एफई"।
एफ (एक्स) डीएक्सएकीकृत है,
एफ (एक्स)एकीकृत है,
एक्सएकीकरण चर है।
एफ (एक्स)फंक्शन के लिए एंटीडेरिवेटिव है एफ (एक्स),
सेकुछ स्थिर मूल्य है।
अब विचार किए गए उदाहरणों को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
1) ∫ 2хdx=x²+C. 2) ∫ 3cos3xdx=sin3x+C.
साइन डी का क्या मतलब है?
डी-डिफरेंशियल साइन - का दोहरा उद्देश्य है: सबसे पहले, यह साइन इंटीग्रेंड को इंटीग्रेशन वेरिएबल से अलग करता है; दूसरे, इस चिन्ह के बाद सब कुछ डिफ़ॉल्ट रूप से विभेदित होता है और एकीकृत द्वारा गुणा किया जाता है।
उदाहरण। इंटीग्रल खोजें: 3) ∫ 2pxdx; 4) ∫ 2pxdp.
3) अंतर चिह्न के बाद डीलागत एक्सएक्स, एक आर
∫ 2хрdx=px²+С. उदाहरण के साथ तुलना करें 1).
चलो एक चेक करते हैं। F′(x)=(px²+C)′=p (x²)′+C′=p 2x=2px=f (x)।
4) अंतर चिह्न के बाद डीलागत आर. तो एकीकरण चर आर, और गुणक एक्सएक स्थिर मूल्य के रूप में माना जाना चाहिए।
∫ 2хрdр=р²х+С. उदाहरणों के साथ तुलना करें 1) तथा 3).
चलो एक चेक करते हैं। F′(p)=(p²x+C)′=x (p²)′+C′=x 2p=2px=f (p)।
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