TÍCH PHÂN HÀM ĐA THỨC, PHÂN THỨC, LƯỢNG GIÁC Dạng toán 1 TÍCH PHÂN HÀM ĐA THỨC Tích phân Giả sử f x liên tục trên khoảng K và ,a b K là 1 nguyên hàm của f x thì b a b f x dx F b[.]
TÍCH PHÂN HÀM ĐA THỨC, PHÂN THỨC, LƯỢNG GIÁC Dạng tốn 1: TÍCH PHÂN HÀM ĐA THỨC Tích phân: Giả sử f x liên tục khoảng K a, b K nguyên hàm f x thì: b a Tính chất: a a f x dx F b F a F x b a f x dx 0, f x dx f x dx b a a b f x dx f x dx f x dx, kf x dx k f x dx f x g x dx f x dx g x dx, b c a a b c b b b a a a Nếu f x a, b b b a a f x b a Phương pháp tích phân đổi biến số: Dạng 1: Nếu x u t có đạo hàm liên tục , u a, u b thì: f x dx f u t u ' t dt b a Dạng 2: Nếu t v x có đạo hàm liên tục f x dx g t dt thì: b a f x dx v b v a g t dt Phương pháp tích phân phần: Nếu u x , v x có đạo hàm liên tục đoạn , thì: b b udv u v v.du a a a b Công thức nguyên hàm: dx x C kdx kx C với k số Với 1 x dx x 1 u 1 C u u '.du C 1 1 Các dạng hàm đa thức: Dạng P x dx : Chia miền xét dấu P x Dạng P x Q x dx : Khai triển tích số Dạng x mx n dx : Đặt u mx n b a b a b a Chú ý: 1) Đối với biến số lấy tích phân, ta chọn chữ khác thay cho x : f t dt, f u du , f x dx b b b a a a n 2) Công thức nhị thức Niu-tơn: a b Cnk a nk bk Cn0 a n Cn1a n1b Cnn1abn1 Cnnbn n k 0 n Đặc biệt: 1 x Cnk x k Cn0 x0 Cn1 x Cnn x n n k 0 Mỗi cách chọn cận tích phân cho ta hệ thức tổ hợp Bài toán Cho f x dx 1, f x dx 5, g x dx 9 7 Tính A 1 f x dx; B 7 2 f x 3g x dx Giải A f x dx f x dx 1 6 9 B 2 f x dx 3 g x dx 2.5 3.4 2 9 7 Bài tốn Tính tích phân: b) B 0 t 1 t dt a) A 0 1 x dx 1 Giải a) A 1 1 x d x x 0 0 12 b) Đặt u t du 4t 3dt t 3dt du Khi x u 1, x u B 16 15 u du u 16 16 16 Bài tốn Tính tích phân: a) I 0 x 1 x x 3 dx b) J 2 x x 3 dx Giải a) I 0 x3 x 5x 3 dx x x3 x 3x 1 2 b) Đặt u x x u 3, dx du Khi x u 1, x u 17 0 u 5 1 J u du u 10u 25 u du 1 u11 25 185 10 u 10 u 25 u du u10 u 1 1 99 11 Bài tốn Tính tích phân: a) I 2 x x dx b) J 1 x x dx Giải a) I 2 x x dx 0 x x dx 20 8 3 b) J 1 x x 3 dx 1 x x 3 dx 3 x x 3 dx x3 x3 x3 28 2 x 3x x 3x x 3x 1 1 3 Bài toán Tính tích phân: a) I 0 1 x dx b) J 0 x 1 x dx n n Giải a) Ta có: I 0 1 x dx 0 1 x d 1 x 1 n n 1 x n 1 n 1 1 n 1 n 1 b) Ta có: J 0 x 1 x dx 0 x 11 x dx 1 n 1 x n 1 n dx 1 x dx n 1 1 n n n 3n Bài toán Chứng minh rằng: a) x 1 x dx f 1 x dx n b) 1 f x dx 0 f x f x dx 1 Giải a) Đặt u x du dx, x u 1, x u b) f x dx f 1 u du f 1 u du f 1 x dx 1 0 f x dx f x dx f x dx 1 1 1 Do f x dx f u du f x dx 0 1 1 f x dx f x f x dx 1 1 Bài toán Giả sử hàm số f x liên tục đoạn a; a Chứng minh: a) Nếu f hàm số lẻ a a f x dx b) Nếu f hàm số chẵn a f x 2 f x dx a a Giải I f x dx f x dx f x dx a a a a Đổi biến x t tích phân a) Nếu f lẻ a b) Nếu f chẵn a f x dx ta được: f x dx f t dt f t dt f x dx I a a a a 0 f x dx f t dt f x dx I 2 f x dx a a a 0 Bài toán Xác định số b dương để tích phân x x dx có giá trị lớn b a Giải Xét hàm số f x 0 t t dt x Ta có: F ' x x x2 , F ' x x Lập bảng biến thiên F x 0; F x đạt giá trị lớn x , b 1 1 Bài toán Chứng minh: Cn0 20 Cn1 21 3n 1 Cnn 2n n 1 n 1 Giải Ta có: n 0 1 1 k k n x k 1 Cn Cn Cnn 2n Cn n 1 k 0 k k 0 k 1 n k k n k k 1 x n C x dx C x dx x dx n n k 0 0 0 k 0 0 n 1 n 1 Bài toán 10 Chứng minh: 3n 1 n 1 1 22 n C2 n C2 n C2 n C22nn1 2n 2n Giải Ta có: 1 x C20n C21n x C22nn x n 2n 1 x 2n C20n C21n x C22nn x n 1 x 1 x C21n x C23n x3 C25n x5 C22nn1x n1 2n Do đó: 2n 1 x 2n 1 x dx C21n x C23n x3 C25n x5 C22nn 1 x n 1 dx 2n Ta tính riêng vế: Và C 1 2n 1 x 2n 1 x 1 x 1 x dx 2 2n 1 n 1 2n n 1 22 n 2n x C23n x C25n x C22nn 1 x n 1 dx x2 x4 x6 x2n C21n C23n C25n C22nn 1 2n 1 1 C21n C23n C25n C22nn 1 2n 1 n1 22 n Suy C2n C2n C2n C2n 2n 2n Tính I n 0 x 1 x dx, n nguyên dương: Bài toán 11 n 1 C n 1 1 Suy tổng: S Cn0 Cn1 Cn2 Cn3 n n 1 n Giải Đặt t x2 dt 2x.dx Khi x t 1, x t 1 t n 1 I n t n dt 2 n 1 n 1 Khai triển nhị thức dấu tích phân: I n x 1 x dx x Cnk x dx n n 1 k 0 k n k 0 k n Cnk x k 1dx 1 Cnk x k 1.dx k k 0 n x 1 C k 1 C n k 0 2k k 2k n k 2k 2 k k n 1 C n 1 Cn0 Cn1 n n 1 n 1 C n 1 Từ ta có: S Cn0 Cn1 n n 1 n 1 n Bài toán 12 Tìm Cn0 số nguyên dương 22 1 23 2n1 n 3n1 2n1 Cn Cn Cn n 1 2019 Giải Ta có: 1 x Cn0 Cn1 x Cn2 x2 Cnn x n n n cho: Suy 1 x n dx Cn0 Cn1 x Cn2 x Cnn x n dx 2 n 1 2 n 1 x x n x x C x C C C n n n n n 1 n 1 22 1 23 2n1 n 3n1 2n1 Cn Cn Cn n 1 n 1 Do Cn0 3n1 2n1 3n1 2n1 Nên n 2019 n 2018 n 1 2019 Dạng tốn 2: TÍCH PHÂN HÀM PHÂN THỨC Cơng thức ngun hàm: Với a 1: x dx u' x dx ln x C u dx ln u C x 1 u 1 C u u '.dx C 1 1 Các dạng hàm hữu tỉ: - Dạng: dx Lập q 4qr px qx r b a 0 b 0 b 0 b - Dạng: b a : Dùng công thức dx : Đặt x k tan t x k2 a a dx mx n a dx 1 1 : 2 x k x k 2k x k x k mx n dx Lập q 4qr px qx r Phân tích dùng cơng thức A px qx r ' mx n B 0 2 px qx r px qx r x k2 - Dạng: b a dx x 1 x n m x n 1dx b a x 1 x n n m : đặt t xn Chú ý: 1) Biến đổi sai phân, thêm bớt đặc biệt để phân tích nhanh,… 2) Tổng quát với hàm hữu tỉ, bậc tử lớn bậc mẫu phải chia tách phần đa thức, lại hàm hữu tỉ với bậc tử bé mẫu Nếu bậc tử bé bậc mẫu phần tích mẫu thừa số bậc x a hay x px q bậc hai vô nghiệm đồng hệ số theo tổng phân số dạng: A Bx C , , x a x px q Bài tốn Tính tích phân: a) dx 4x 4x 1 b) x2 x dx x3 Giải a) b) 1 dx dx 1 1 2 4x 4x 1 x 1 x 3 x2 x 4 4 dx dx ln x ln 3 x x1 x x Bài tốn Tính tích phân: a) 1 dx x 2x b) 3x dx x 4x Giải a) dx dx 1 x2 x 1 x 12 2 Đặt x tan t , t Khi x t , x 1 t /6 tan t 1 dt /6 dx /6 3 dt t 1 x2 x 1 tan t 1 1 3 18 3x 3x A B x x x 1 x 3 x x b) Ta có: Nên 3x A B x A B A B A 2 3 A B B Đồng hệ số Vậy: 5 2 3x dx dx 2ln x 5ln x ln 2ln ln18 4 x 4x x 1 x Bài tốn Tính tích phân: 5x a) A 0 x 4 x2 b) B 2 dx x3 dx Giải d x 4 1 a) A 0 2 x2 4 x 4 b) Đặt t x x t 5, dx dt Khi x 2 t 1, x t 7 10 25 25 192 B 1 dt t 10ln t 10ln t t t 1 Bài toán Tính tích phân: a) I 1 x9 dx x10 x5 b) J 0 6x dx x x 1 Giải a) Đổi biến t x5 dt 5x4dx Khi x t 1, x t 32 I 32 tdt 32 t dt 32 dt 2 t 4t 5 t t 2 t 2 1 32 34 31 ln t ln 5 t21 51 b) J 0 3 2 x 1 x 1 dx dx dx 2 0 x x 1 x x 1 1 x 2 2x 1 dx 3ln x x 3ln x x 1 2 Đặt x tan t t dx tan t dt 2 2 Khi x t , x , t 5 dx 2 1 x 2 3 10 / 3 t Vậy J 3ln /6 / 3 5 /3 Bài tốn Tính tích phân với a : a /2 a) I 0 dx x a2 a b) J 0 dx a x2 Giải a) I a /2 1 xa a/2 dx ln ln 2a 2a x a 2a xa xa 2 b) Đặt x a.tan t với t dx a 1 tan t dt Khi x t 0, x a t J /4 a 1 tan t dt a 1 tan t /4 /4 dt t a a 4a Bài tốn Tính tích phân: a) I 0 x4 x dx x2 b) J 0 x4 x2 dx x6 Giải a) Đặt x tan t , x 0; 2 t 0; I /4 4 16 tan t tan t 2dt /4 16 tan t tan t 1dt cos t tan 1 /4 16 tan t 1 tan t 16 tan t tan t dt 0 Từ tính được: I Cách khác: 16 17 ln x4 x x 17 x2 x 4 x 4 x 4 dx x2 d x b) J 0 dx 0 0 x x3 2 x 1 x 1 Lần lượt đặt x tan t , x3 tan u J 5 12 Bài tốn Tính tích phân: x2 a) M 2 x 1 x 3 1/ b) N 0 dx Giải a) x2 x 1 x 3 A B C D x x 1 x 1 x Đồng được: A 5 , B ,C , D 32 32 xdx x8 Từ tính được: M 1 x 13 x 37 ln ln 16 x 1 32 x 56 32 15 b) Đặt t x xdx dt 1 , t 3 Khi x t 0, x N 1/ dt 1/ 1 dt 0 t 1 t 1 t 1 t 1 1/ ln arctan t ln 24 t 1 0 Bài tốn Tính tích phân: 1/2 a) I 0 dx x x2 b) J 1 8x7 dx x 1 x Giải 1 1 1 a) Ta có: 2 x x x 1 x 1 x 1 x 1 1 1 x 12 x 12 x 1 x 1 1 1 1 x 12 x 12 x x 1 1 x 1/ ln Từ I x 1 x 1 x b) J 1 ln 8x 8x7 dx dx dx x8 x x 1 x x 1 x 2 x6 d x ln x x dx ln129 1 x 1 x x 1 x x7 256 ln129 ln ln129 ln 7 1 x 129 Dạng tốn 3: TÍCH PHÂN HÀM LƯỢNG GIÁC Các nguyên hàm lượng giác: cos xdx sin x C cos u.u '.dx sin u C sin xdx cos x C sin u.u '.dx cosu C dx u' 2 cos x tan x C cos u dx tan u C dx sin x cot x C u' dx cot u C sin u Các biến đổi lượng giác: Biến đổi hạ bậc lượng giác, tích thành tổng lượng giác, biến đổi theo góc phụ x t tan sin x a x b 1 sin x a sin x b sin a b sin x a sin x b 1 2 a sin x bcosx a b sin x sin x cosx A a sin x bcosx c ' B a sin x bcosx c a sin x bcosx c a sin x bcosx c 1 2 a sin x b sin xcosx cos x a tan x bt tan x c cos x A a sin x b cos x ' sin xcosx a sin x b2cos x a sin x b2cos x Chú ý: 1) Cận đặc biệt tích phân: đối, bù, phụ đặt tương ứng: t x, t x, t 2) b b a a P x sin xdx, enx sin xdx, b a P x cos xdx b a : đặt u P x , v ' sin x cos x enx cos xdx : đặt u enx , v ' sin x cos x 3) Nếu R sin x, cosx R sin x, cosx đặt t cosx Nếu R sin x, cosx R sin x, cosx đặt t sin x Nếu R sin x, cosx R sin x, cosx đặt t tan x,cot x Bài toán Tính tích phân: a) /2 2cosx sin x dx b) Giải /4 sin x dx x a) b) /2 2cosx sin x dx 2sin x cosx /2 /4 1 /4 cos x /4 2 x dx dx x sin x 0 2 sin Bài tốn Tính tích phân: a) /2 b) cos3x.cos xdx cos xdx Giải a) /2 /2 cos7 x cosx dx cos3x.cos xdx b) cos x 1 cos x Suy cos xdx 1 2cos x cos 2 x cos x cos x 8 3 Bài toán Tính tích phân: /2 /4 a) A 0 cos3 x.sin xdx b) B 0 cos x 1 cos xdx Giải a) Đặt t cos x dt sin xdx Khi x t 1, x Nên A 1 /2 t 2 2/2 t 3dt t 16 /2 /2 b) B 0 cos5 xdx 0 cos xdx Đặt t sin x dt cos xdx, x t 0, x B1 /2 B2 /2 cos5 xdx /2 cos xdx Vậy: B 1 sin x 2 t 1 cosxdx 1 t dt t t t 15 /2 1 /2 cos x dx x sin x 2 0 15 Bài tốn Tính tích phân: /2 a) C 0 cos x.sin 8xdx b) D 0 Giải sin x cos x dx 9 a) Xét I 0 sin x.sin 8xdx C I 0 sin x cos x C I cos x sin x sin xdx cos2x sin xdx b) Đặt x /2 0 cos10 x cos x sin10 x sin x dx 0C 2 10 0 t dx dt , x t ,x t 0 /2 /2 /2 sin xdx sin t dt cos7 tdt cos7 xdx D sin x cos x dx 0 2 Bài toán Tính tích phân: a) /3 /4 /3 sin b) tan xdx x tan xdx Giải a) Đặt t cos x dt sin xdx, x /3 /3 tan xdx /4 1 cos x sin x dx cos x /4 t ,x t 1 t2 t dt /2 1/2 1/ 3 ln t dt ln t t 2t / 2 /2 1/2 /3 b) sin /3 x tan xdx sin x sin x dx cosx /3 cos x /3 dx ln cosx cos x ln cosx 0 Bài tốn Tính tích phân: /2 a) /3 sin xdx cosx sin xdx cos2 x b) Giải /2 a) /3 b) /2 /2 d 1 cosx sin xdx ln cosx ln cosx cosx /3 d cosx sin xdx /3 cos x cos x cosx Bài toán Tính tích phân: /2 a) /2 dx cosx b) Giải x x 2dt a) Đặt t tan dt 1 tan dx dx 2 2 2 1 t cos3x sin x 1dx Khi x t 0; x /2 t dx 1 t2 dt dt cosx 02 t 2 1 b) cos3x 4cos3 x 3cosx 4cos x 3 cosx Đặt t sin x dt cos xdx, x t 0, x /2 t cos3x 4t dx dt 4t dt 3ln sin x t 1 t 1 0 1 Bài tốn Tính tích phân: /2 a) I /6 sin xdx 4sin x cos x b) J tan x dx cos x Giải a) Đặt t sin x dt cosxdx, x t 0, x /2 I tan x dx cos x /6 t tan x dx dx Đặt t tan x dt 2 cos x 1 tan x cos x Khi x t 0, x 1/ J 1 sin x.cosxdx tdt 1 1 1 ln t ln dt 2 sin x 2sin x t 1 t t 1 0 1 t /6 b) J t4 dt 1 t2 1/ t t 1 1 dt 1 t2 1/ 1 t dt 1 t t 1 t3 t 1/ 10 t ln ln t 1 Bài tốn Tính tích phân: /2 2 a) A cos xdx b) B sin x cos x 4sin x dx Giải 2 a) A /2 b) B 2 2 2 2sin x dx sin x dx sin xdx sin xdx cosx cosx 4 0 sin xdx 3sin x /2 2 3sin x 3 3 Bài tốn 10 Tính tích phân: /2 /2 a) A b) B xcosx.dx x 1 cos xdx 0 Giải /2 /2 /2 xd sin x x sin x a) A /2 x 1 b) B cos2 x dx 2 /2 /2 1 x 1 dx x cos2 xdx /2 sin xdx 1 Tính tích phân: /2 xcosx sin a) I /2 1 1 /2 x x 1 2 2 Bài toán 11 /2 sin xdx cosx /4 b) J xdx x tan xdx Giải a) Đặt u x, dv cosx sin xdx Khi du dx, v sin x I / /2 x sin x sin xdx 3 /4 b) J /4 x 1 dx cos x xd tan x /4 xdx cos x /4 xdx x tan x xdx /4 Bài toán 12 /4 /4 tan xdx x2 / 2 ln 32 Tính tích phân: /2 /2 a) A b) B x sin xcosxdx a) Đặt u x, dv sin x dx x Khi du dx, v cos x /2 Giải A x sin x cos xdx x /2 sin x cos x x cos x / dx 0 /2 b) B x sin x d sin x x sin x sin x /2 0 /2 1 2sin x.cosx sin xdx /2 /2 1 cosx sin x 0 3 2 Bài tốn 13 Tính tích phân: /4 /2 x cosxdx a) A b) B x sin xdx 0 Giải /2 x d sin x x a) A 2 sin x /2 xd cosx /2 x sin xdx 2 xcosx /2 /2 /2 x sin xdx /2 cos xdx 2 2 b) Đặt t x x t dx 2dt Khi x t 0, x 2 t /2 nên L t sin tdt Đặt u t , dv sin tdt Khi du 3t 2dt , v cost B t cost /2 /2 /2 t costdt t 2costdt 0 Áp dụng tích phân phần lần B 4 Bài tốn 14 Tính tích phân: sin x cos x dx sin x cosx 4 dx cos x sin x cosx a) I b) J Giải sin x cos x 2sin xcosx 2cos x dx dx sin x cosx sin x cosx 0 a) Ta có: I sin x cos x dx dx cos x sin x cosx sin x cosx 0 4 4 dx dx 2sin x 2 sin x cosx sin x cosx 0 dx , đặt t sin x sin x cosx 4 Tính J Ta có: 4 J dx 0 2cos x 4 0 1 1 t t dt 2 ln t ln t 2 ln 2 2 1 2 ln 2 ln 2 dt 1 t2 2 Vậy I = cos x dx d sin x 4 4 sin x 2cos x 4 4 dx 1 dx 2 cos x tan x tan x cos x tan x tan x 0 b) Ta có: J Đặt tan x t dx dt cos x Khi x t 0, x t 1 dt t t 1 1 J dt dt ln t ln t ln t t t 1 t t 1 t 3 Bài tốn 15 Tính tích phân: sin x 5cos x a) I dx 5sin x cos x 2 b) J dx sin x 2sin x Giải a) Đặt sin x t cos xdx dt Khi x t 0; x t 1 (2sin x 5) cos x 2t 2t I dx dt dt 2t 5t 2t 1 t 5sin x 1 2sin x 0 1 1 dt 4 dt dt dt t2 2t 1 t t2 2t t 0 1 1 1 ln 2t ln t ln ln 3 b) J 2 3 d cos x dx dx sin xdx 12 sin x 2sin x 2sin x cos x 1 sin x cos x 1 1 cos x 1 cos x 1 u 1 u du 1 u 1 u 2 /2 0 0 1 du du 1 1 u 1 ln ln 2 1 u 1 u u 1 u 2 Giả sử hàm số liên tục đoạn [a;b] Chứng minh: Bài toán 16 a) f sin x dx /2 f cos x dx b) xf sin x dx 0 0 f sin x dx Giải a) Đặt x /2 t dx dt , x t f sin x dx f sin t dt /2 ,x /2 t f cos t dt /2 f cos x dx b) Đặt x t dx dt , x t , x t 0 0 xf sin x dx t f sin t dt f sin t dt tf sin t dt f sin x dx xf sin x dx 0 Do 2 xf sin x dx f sin x dx đpcm Bài toán 17 a) Chứng minh rằng: lim x n sin xdx x t 4 b) Giải phương trình: sin cos dt Giải a) Với x 0;1 xn sin x xn 1 0 Do đó: x n sin xdx x n dx Vì lim n 1 đpcm n 1 x b) x x x 1 1 t 2 t sin cos dt sin dt 1 cos t dt t sin t x sin x 0 40 80 8 Ta có phương trình: x sin x x sin x 8 x 8 Tính đạo hàm hàm số: Bài tốn 18 x a) F x cos tdt b) G x sin x 3t dt Giải a) F ' x cos x x ' cos x x b) G ' x 3sin x. sin x ' 3sin x cos x Bài toán 19 /2 a) Tính: maxsin x,cos xdx b) Tính f biết: x2 f t dt x cos x Giải a) /2 /4 0 /4 /2 maxsin x;cos xdx cos xdx sin xdx sin x cos x /4 /2 2 /4 2 b) Lấy đạo hàm vế có xf x2 x sin x cos x Cho x : f 2 sin 2 cos 2 f BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài tập a b) J max x ,3x 2dx a) I 1 x dx , với n n 0 HD-ĐS a a) Dùng công thức: u n u ' dx a 1 Kết quả: n 1 n 1 1 b) Xét x2 3x x2 3x đoạn 0;2 Kết 17 / 16 Bài tập Tính: a) K x x dx b) I m x x m dx 4 HD-ĐS 3 4 3 a) K 7 dx x 1 dx 7dx Kết K b) Tam thức f x x2 x m, ' m Ta xét trường hợp sau: - Nếu ' m m x3 1 x mx m 0 Khi đó: I m x x m dx - Nếu ' m m x1 m Khi đó: f x x2 m Với x2 m hay m x3 1 I m x x m dx x mx m 0 Với x2 m I m 1 m x x m dx x x m dx 1 1 m 1 m m 3m x3 m x3 1 x mx x mx 0 1 1 m Bài tập Tính: 2 x3dx b) I x x 2 xdx a) I x 4x HD-ĐS a) Phân tích thành tổng x x A B x x x 1 x 5 x x 5 Kết ln ln b) Đặt t x dt 2x.dx Khi x t 0; x t