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这个不定积分公式的推导是相当费脑力的,但同时也是对大脑的极大锻炼。

xunaa
2024-10-07 22:40:39
编辑说
老黄推导了许多复杂的不定积分公式。这次我们要推导的是正切或余切的正整数次方的不定积分公式。教材只提供了递归公式,没有提供公式的最终形式。
以正切的正整数次方为例,其

老黄推导了许多复杂的不定积分公式。这次我们要推导的是正切或余切的正整数次方的不定积分公式。教材只提供了递归公式,没有提供公式的最终形式。

以正切的正整数次方为例,其不定积分递推公式相当简单,即

In=1/(n-1) *(tanx)^(n-1)-I_(n-2)。

这个递归公式的推导也很容易。只需使用tan^2=sec^2-1 即可。从n个tanx中取出两个,写成tan^(n-2)*(sec^2-1)的形式,然后将其拆分为两个不定积分之和,前者使用(secx)^2 dx=dtanx 进行微分,结果为1/(n-1) *(tanx)^(n-1),而后者为I_(n-2)。

然后将上面的递归公式应用到I_(n-2)上,就得到I_(n-4)的公式形式,继续这样推导。当最终变成I3或I2时,有两个不同的结果,I3=1/3 *(tanx)^3-I1=1/3 *(tanx)^3+ln|cosx|+C; I2=1 /2 *(tanx)^2-I0=1/2 *(tanx)^2-x+C。

这个不定积分公式的推导是相当费脑力的,但同时也是对大脑的极大锻炼。

可见,求得公式的最后一步就是区分n的奇偶性。这里有一个求和公式能否推广的问题,其中最关键的是符号的改变,非常容易出错。

探索1:求In=(tanx)^ndx, n2。

由于数学公式写起来非常复杂,所以探索的过程就以图片的形式展示如上图。让我们用这个公式来解决一个相对简单的例子:

示例1:求(tanx)^9dx。

如果你不熟悉,可以先把公式抄下来。这里n=9是奇数,m=4,然后将参数代入公式中,就可以了。当然,求和公式也可以展开,结果如下:

这个不定积分公式的推导是相当费脑力的,但同时也是对大脑的极大锻炼。

如果你检查这个结果,那是相当解压的,而且结果是完全正确的。我们来看一下余切n次方不定积分公式的探索。

探索2:求Jn=(cotx)^ndx,n2。

虽然我们可以用cotx=-tan(x+/)将余切问题转化为正切问题来探索。 1的推导过程无需反复探索,但最终得出公式时,确定符号还是很烧脑的。我仍然无法用语言清楚地解释这一切。我只能自己思考,为什么最终符号的本质是这样的?

还通过一个例子来测试这个公式:

示例2:求(cotx)^8dx。

这个不定积分公式的推导是相当费脑力的,但同时也是对大脑的极大锻炼。

这次n=8是偶数,m=4。仍然将参数直接代入公式中。为了检查结果,展开求和公式。结果如下:

同样,老黄也验证了结果的正确性。最后一个练习是:

求((tanx)^6-(cotx)^7)dx。

乍一看,我们可以看出黄对这个公式没有信心,想写更多的例子或练习来测试公式的正确性。结果老黄发现了一个错误。不过老黄已经修改过了,如果能写下来,他自然更有信心不会出差错。

用户评论

久爱不厌

我感觉这个确实很费脑子,一直调换步骤都搞不清思路

    有13位网友表示赞同!

﹏櫻之舞﹏

对啊!学这个知识点的时候我可是头疼欲裂

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