1_Tích phân

Chuyên đề TÍCH PHÂN CÔNG THỨC Bảng nguyên hàm Nguyên hàm của những hàm số sơ cấp thường gặp Nguyên hàm của những hàm số thường gặp Nguyên hàm của những hàm số hợp Cxdx += ∫ ( ) 1 1 1 ≠+ + = + ∫ α α α α C x dxx ( ) 0ln ≠+= ∫ xCx x dx Cedxe xx += ∫ ( ) 10 ln ≠<+= ∫ aC a a dxa x x Cxxdx += ∫ sincos Cxxdx +−= ∫ cossin Cxdx x += ∫ tan cos 1 2 Cxdx x +−= ∫ cot sin 1 2 ( ) ( ) Cbax a baxd ++=+ ∫ 1 ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 ≠+ + + =+ + ∫ α α α α C bax a dxbax ( ) 0ln 1 ≠++= + ∫ xCbax abax dx Ce a dxe baxbax += ++ ∫ 1 ( ) ( ) Cbax a dxbax ++=+ ∫ sin 1 cos ( ) ( ) Cbax a dxbax ++−=+ ∫ cos 1 sin ( ) ( ) Cbax a dx bax ++= + ∫ tan 1 cos 1 2 ( ) ( ) Cbax a dx bax ++−= + ∫ cot 1 sin 1 2 Cudu += ∫ ( ) 1 1 1 ≠+ + = + ∫ α α α α C u duu ( ) 0ln ≠+= ∫ uCu u du Cedue uu += ∫ ( ) 10 ln ≠<+= ∫ aC a a dxa u u Cuudu += ∫ sincos Cuudu +−= ∫ cossin Cudu u += ∫ tan cos 1 2 Cudu u +−= ∫ cot sin 1 2 I. ĐỔI BIẾN SỐ TÓM TẮT GIÁO KHOA VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN 1. Đổi biến số dạng 2 Để tính tích phân b / a f[u(x)]u (x)dx ò ta thực hiện các bước sau: Bước 1. Đặt t = u(x) và tính / dt u (x)dx= . Bước 2. Đổi cận: x a t u(a) , x b t u(b)= = = = = =Þ a Þ b . Bước 3. b / a f[u(x)]u (x)dx f(t)dt b a = ò ò . Ví dụ 7. Tính tích phân 2 e e dx I x ln x = ò . Giải Đặt dx t ln x dt x = =Þ 2 x e t 1, x e t 2= = = =Þ Þ 2 2 1 1 dt I ln t ln 2 t = = =Þ ò . Vậy I ln 2= . Ví dụ 8. Tính tích phân 4 3 0 cos x I dx (sin x cos x) p = + ò . 1 Hướng dẫn: 4 4 3 3 2 0 0 cos x 1 dx I dx . (sin x cos x) (tan x 1) cos x p p = = + + ò ò . Đặt t tan x 1= + ĐS: 3 I 8 = . Ví dụ 9. Tính tích phân 3 1 2 dx I (1 x) 2x 3 = + + ò . Hướng dẫn: Đặt t 2x 3= + ĐS: 3 I ln 2 = . Ví dụ 10. Tính tích phân 1 0 3 x I dx 1 x - = + ò . Hướng dẫn: Đặt 3 2 2 2 1 3 x t dt t 8 1 x (t 1) - = Þ + + ò L ; đặt t tan u= L ĐS: I 3 2 3 p = - + . Chú ý: Phân tích 1 0 3 x I dx 1 x - = + ò , rồi đặt t 1 x= + sẽ tính nhanh hơn. 2. Đổi biến số dạng 1 Cho hàm số f(x) liên tục trên đoạn [a;b], để tính ( ) b a f x dx ∫ ta thực hiện các bước sau: Bước 1. Đặt x = u(t) và tính / ( )dx u t dt= . Bước 2. Đổi cận: , x a t x b t α β = ⇒ = = ⇒ = . Bước 3. / ( ) [ ( )] ( ) ( ) b a f x dx f u t u t dt g t dt β β α α = = ∫ ∫ ∫ . Ví dụ 1. Tính tích phân 1 2 2 0 1 I dx 1 x = - ò . Giải Đặt x sin t, t ; dx cos t dt 2 2 p p é ù = - =Î Þ ê ú ë û 1 x 0 t 0, x t 2 6 p = = = =Þ Þ 6 6 2 0 0 cos t cos t I dt dt cos t 1 sin t p p = =Þ - ò ò 6 6 0 0 dt t 0 6 6 p p p p = = = - = ò . Vậy I 6 p = . Ví dụ 2. Tính tích phân 2 2 0 I 4 x dx= - ò . 2 Hướng dẫn: Đặt x 2 sin t= ĐS: I = p . Ví dụ 3. Tính tích phân 1 2 0 dx I 1 x = + ò . Giải Đặt 2 x t an t, t ; dx (tan x 1)dt 2 2 æ ö p p ÷ ç = - = +Î Þ ÷ ç ÷ ÷ ç è ø x 0 t 0, x 1 t 4 p = = = =Þ Þ 4 4 2 2 0 0 tan t 1 I dt dt 4 1 t an t p p + p = = =Þ + ò ò . Vậy I 4 p = . Ví dụ 4. Tính tích phân 3 1 2 0 dx I x 2x 2 - = + + ò . Hướng dẫn: 3 1 3 1 2 2 0 0 dx dx I x 2x 2 1 (x 1) - - = = + + + + ò ò . Đặt x 1 tan t+ = ĐS: I 12 p = . Ví dụ 5. Tính tích phân 2 2 0 dx I 4 x = - ò . ĐS: I 2 p = . Ví dụ 6. Tính tích phân 3 1 2 0 dx I x 2x 2 - = + + ò . ĐS: I 12 p = . 3. Các dạng đặc biệt 3.1. Dạng lượng giác Ví dụ 11 (bậc sin lẻ). Tính tích phân 2 2 3 0 I cos x sin xdx p = ò . Hướng dẫn: Đặt t cos x= ĐS: 2 I 15 = . Ví dụ 12 (bậc cosin lẻ). Tính tích phân 2 5 0 I cos xdx p = ò . Hướng dẫn: Đặt t sin x= ĐS: 8 I 15 = . 3 Ví dụ 13 (bậc sin và cosin chẵn). Tính tích phân 2 4 2 0 I cos x sin xdx p = ò . Giải 2 2 4 2 2 2 0 0 1 I cos x sin xdx cos x sin 2xdx 4 p p = = ò ò 2 2 2 0 0 1 1 (1 cos 4x)dx cos 2x sin 2xdx 16 4 p p = - + ò ò 2 2 2 0 0 1 1 (1 cos 4x)dx sin 2xd(sin 2x) 16 8 p p = - + ò ò 3 2 0 x 1 sin 2x sin 4x 16 64 24 32 p æ ö p ÷ ç = - + = ÷ ç ÷ ç è ø . Vậy I 32 p = . Ví dụ 14. Tính tích phân 2 0 dx I cos x sin x 1 p = + + ò . Hướng dẫn: Đặt x t tan 2 = . ĐS: I ln 2= . Biểu diễn các hàm số LG theo tan 2 a t = : 2 2 2 2 2 1 2 sin ; cos ; tan . 1 1 1 t t t a a a t t t − = = = + + − 3.2. Dạng liên kết Ví dụ 15. Tính tích phân 0 xdx I sin x 1 p = + ò . Giải Đặt x t dx dt= - = -p Þ x 0 t , x t 0= = = =Þ p pÞ ( ) 0 0 ( t)dt t I dt sin( t) 1 sin t 1 sin t 1 p p -p p = - = -Þ - + + +p ò ò 0 0 dt dt I I sin t 1 2 sin t 1 p p p = - =p Þ + + ò ò ( ) ( ) 2 2 0 0 dt dt t t t 2 4 cos sin cos 2 4 2 2 p p p p = = p - + ò ò 2 0 0 t d 2 4 t tan 2 t 2 2 4 cos 2 4 p p æ ö p ÷ ç - ÷ ç ÷ ÷ ç æ ö è ø p p p ÷ ç = = - = p ÷ ç ÷ ÷ ç æ ö è ø p ÷ ç - ÷ ç ÷ ÷ç è ø ò . Vậy I = p . Tổng quát: 0 0 xf(sin x)dx f(sin x)dx 2 p p p = ò ò . Ví dụ 16. Tính tích phân 2 2007 2007 2007 0 sin x I dx sin x cos x p = + ò . Giải Đặt x t dx dt 2 p = - = -Þ 4 x 0 t , x t 0 2 2 p p = = = =ị ị ( ) ( ) ( ) 2007 0 2007 2007 2 sin t 2 I dx sin t cos t 2 2 p p - = -ị p p - + - ũ 2 2007 2007 2007 0 cos t dx J sin t cos t p = = + ũ (1). Mt khỏc 2 0 I J dx 2 p p + = = ũ (2). T (1) v (2) suy ra I 4 p = . Tng quỏt: 2 2 n n n n n n 0 0 sin x cos x dx dx , n sin x cos x sin x cos x 4 p p + p = = ẻ + + ũ ũ Z . Vớ d 17. Tớnh tớch phõn 6 2 0 sin x I dx sin x 3 cos x p = + ũ v 6 2 0 cos x J dx sin x 3 cos x p = + ũ . Gii I 3J 1 3- = - (1). ( ) 6 6 0 0 dx 1 dx I J dx 2 sin x 3 cos x sin x 3 p p + = = p + + ũ ũ t t x dt dx 3 p = + =ị 1 I J ln 3 4 + = (2). T (1) v (2) 3 1 3 1 1 3 I ln 3 , J ln 3 16 4 16 4 - - = + = - . Vớ d 18. Tớnh tớch phõn 1 2 0 ln(1 x) I dx 1 x + = + ũ . Gii t 2 x t an t dx (1 tan t)dt= = +ị x 0 t 0, x 1 t 4 p = = = =ị ị ( ) 4 4 2 2 0 0 ln(1 t an t) I 1 t an t dt ln(1 t an t)dt 1 t an t p p + = + = +ị + ũ ũ . t t u dt du 4 p = - = -ị t 0 u , t u 0 4 4 p p = = = =ị ị 0 4 0 4 I ln(1 t an t)dt ln 1 tan u du 4 p p ộ ổ ửự p ữ ỗ ờ ỳ = + = - + -ị ữ ỗ ữ ữ ỗ ờ ỳ ố ứ ở ỷ ũ ũ 4 4 0 0 1 tan u 2 ln 1 du ln du 1 t an u 1 t an u p p ổ ử ổ ử - ữ ữ ỗ ỗ = + = ữ ữ ỗ ỗ ữ ữ ữ ữ ỗ ỗ ố ứ ố ứ + + ũ ũ 5 ( ) 4 4 0 0 ln 2du ln 1 t an u du ln 2 I 4 p p p = - + = - ò ò . Vậy I ln 2 8 p = . Ví dụ 19. Tính tích phân 4 x 4 cos x I dx 2007 1 p p - = + ò . Hướng dẫn: Đặt x t= - ĐS: 2 I 2 = . Tổng quát: Với a > 0 , 0>a , hàm số f(x) chẵn và liên tục trên đoạn [ ] ; - aa thì x 0 f(x) dx f(x)dx a 1 a a - a = + ò ò . Ví dụ 20. Cho hàm số f(x) liên tục trên ¡ và thỏa f( x) 2f(x) cos x- + = . Tính tích phân 2 2 I f(x)dx p p - = ò . Giải Đặt 2 2 J f( x)dx p p - = - ò , x t dx dt= - = -Þ x t , x t 2 2 2 2 p p p p = - = = = -Þ Þ [ ] 2 2 2 2 I f( t)dt J 3I J 2I f( x) 2f(x) dx p p p p - - = - = = + = - +Þ Þ ò ò 2 2 0 2 cos xdx 2 cos xdx 2 p p p - = = = ò ò . Vậy 2 I 3 = . 3.3. Các kết quả cần nhớ i/ Với a > 0 , hàm số f(x) lẻ và liên tục trên đoạn [–a; a] thì a a f(x)dx 0 - = ò . ii/ Với a > 0 , hàm số f(x) chẵn và liên tục trên đoạn [–a; a] thì a a a 0 f(x)dx 2 f(x)dx - = ò ò . iii/ Công thức Walliss (dùng cho trắc nghiệm) 6 2 2 n n 0 0 (n 1)!! , n !! cos xdx sin xdx (n 1)!! . , n !! 2 p p ỡ - ù ù ù ù ù = = ớ ù - p ù ù ù ù ợ ũ ũ neỏu n leỷ neỏu n chaỹn . Trong ú n!! c l n walliss v c nh ngha da vo n l hay chn. Chng hn: 0 !! 1; 1!! 1; 2!! 2; 3 !! 1.3; 4 !! 2.4; 5 !! 1.3.5;= = = = = = 6 !! 2.4.6; 7 !! 1.3.5.7; 8 !! 2.4.6.8; 9 !! 1.3.5.7.9; 10 !! 2.4.6.8.10= = = = = . Vớ d 21. 2 11 0 10 !! 2.4.6.8.10 256 cos xdx 11!! 1.3.5.7.9.11 693 p = = = ũ . Vớ d 22. 2 10 0 9 !! 1.3.5.7.9 63 sin xdx . . 10 !! 2 2.4.6.8.10 2 512 p p p p = = = ũ . II. TCH PHN TNG PHN 1. Cụng thc Cho hai hm s u(x), v(x) liờn tc v cú o hm trờn on [a; b]. Ta cú ( ) ( ) / / / / / / uv u v uv uv dx u vdx uv dx= + = +ị ( ) b b b a a a d uv vdu udv d(uv) vdu udv= + = +ị ị ũ ũ ũ b b b b b b a a a a a a uv vdu udv udv uv vdu= + = -ị ị ũ ũ ũ ũ . Cụng thc: b b b a a a udv uv vdu= - ũ ũ (1). Cụng thc (1) cũn c vit di dng: b b b / / a a a f(x)g (x)dx f(x)g(x) f (x)g(x)dx= - ũ ũ (2). 2. Phng phỏp gii toỏn Gi s cn tớnh tớch phõn b a f(x)g(x)dx ũ ta thc hin Cỏch 1. Bc 1. t u f(x), dv g(x)dx= = (hoc ngc li) sao cho d tỡm nguyờn hm v(x) v vi phõn / du u (x)dx= khụng quỏ phc tp. Hn na, tớch phõn b a vdu ũ phi tớnh c. Bc 2. Thay vo cụng thc (1) tớnh kt qu. c bit: i/ Nu gp b b b ax a a a P(x) sin axdx, P(x) cos axdx, e .P(x)dx ũ ũ ũ vi P(x) l a thc thỡ t u P(x)= . ii/ Nu gp b a P(x) ln xdx ũ thỡ t u ln x= . Cỏch 2. 7 Viết lại tích phân b b / a a f(x)g(x)dx f(x)G (x)dx= ò ò và sử dụng trực tiếp công thức (2). Ví dụ 1. Tính tích phân 1 x 0 I xe dx= ò . Giải Đặt x x u x du dx dv e dx v e = = ì ì ï ï ï ï Þ í í = ï ï = ï ïî î (chọn C 0= ) 1 1 1 1 x x x x 0 0 0 0 xe dx xe e dx (x 1)e 1= - = - =Þ ò ò . Ví dụ 2. Tính tích phân e 1 I x ln xdx= ò . Giải Đặt 2 dx du u ln x x dv xdx x v 2 ì ï = ï = ì ï ï ï ï Þ í í ï ï = ï ï î = ï ï î e e e 2 2 1 1 1 x 1 e 1 x ln xdx ln x xdx 2 2 4 + = - =Þ ò ò . Ví dụ 3. Tính tích phân 2 x 0 I e sin xdx p = ò . Giải Đặt x x u sin x du cos xdx dv e dx v e = = ì ì ïï ï ï Þ í í ï ï = = ï ï î î 2 2 x x x 2 2 0 0 0 I e sin xdx e sin x e cos xdx e J p p p p = = - = -Þ ò ò . Đặt x x u cos x du sin xdx dv e dx v e = = - ì ì ï ï ï ï Þ í í = ï ï = ï ïî î 2 2 x x x 2 0 0 0 J e cos xdx e cos x e sin xdx 1 I p p p = = + = - +Þ ò ò 2 2 e 1 I e ( 1 I) I 2 p p + = - - + =Þ Þ . Chú ý: Đôi khi ta phải đổi biến số trước khi lấy tích phân từng phần. Ví dụ 7. Tính tích phân 2 4 0 I cos xdx p = ò . Hướng dẫn: Đặt t x= 2 0 I 2 t cos tdt 2 p = = = -Þ p ò L L . 8 Ví dụ 8. Tính tích phân e 1 I sin(ln x)dx= ò . ĐS: (sin 1 cos1)e 1 I 2 - + = . III. TÍCH PHÂN CHỨA GIÁ TRỊ TUYỆT ĐỐI Phương pháp giải toán 1. Dạng 1 Giả sử cần tính tích phân b a I f(x) dx= ò , ta thực hiện các bước sau Bước 1. Lập bảng xét dấu (BXD) của hàm số f(x) trên đoạn [a; b], giả sử f(x) có BXD: x a 1 x 2 x b f(x) + 0 - 0 + Bước 2. Tính 1 2 1 2 b x x b a a x x I f(x) dx f(x)dx f(x)dx f(x)dx= = - + ò ò ò ò . Ví dụ 9. Tính tích phân 2 2 3 I x 3x 2 dx - = - + ò . Giải Bảng xét dấu x 3- 1 2 2 x 3x 2- + + 0 - 0 ( ) ( ) 1 2 2 2 3 1 59 I x 3x 2 dx x 3x 2 dx 2 - = - + - - + = ò ò . Vậy 59 I 2 = . Ví dụ 10. Tính tích phân 2 2 0 I 5 4 cos x 4 sin xdx p = - - ò . ĐS: I 2 3 2 6 p = - - . 2. Dạng 2 Giả sử cần tính tích phân [ ] b a I f(x) g(x) dx= ± ò , ta thực hiện Cách 1. Tách [ ] b b b a a a I f(x) g(x) dx f(x) dx g(x) dx= ± = ± ò ò ò rồi sử dụng dạng 1 ở trên. Cách 2. Bước 1. Lập bảng xét dấu chung của hàm số f(x) và g(x) trên đoạn [a; b]. Bước 2. Dựa vào bảng xét dấu ta bỏ giá trị tuyệt đối của f(x) và g(x). Ví dụ 11. Tính tích phân ( ) 2 1 I x x 1 dx - = - - ò . Giải Cách 1. 9 ( ) 2 2 2 1 1 1 I x x 1 dx x dx x 1 dx - - - = - - = - - ò ò ò 0 2 1 2 1 0 1 1 xdx xdx (x 1)dx (x 1)dx - - = - + + - - - ò ò ò ò 0 2 1 2 2 2 2 2 1 0 1 1 x x x x x x 0 2 2 2 2 - - æ ö æ ö ÷ ÷ ç ç = - + + - - - = ÷ ÷ ç ç ÷ ÷ ç ç è ø è ø . Cách 2. Bảng xét dấu x –1 0 1 2 x – 0 +  + x – 1 – – 0 + ( ) ( ) ( ) 0 1 2 1 0 1 I x x 1 dx x x 1 dx x x 1 dx - = - + - + + - + - + ò ò ò ( ) 1 2 0 2 1 1 0 x x x x 0 - = - + - + = . Vậy I 0= . 3. Dạng 3 Để tính các tích phân { } b a I max f(x), g(x) dx= ò và { } b a J min f(x), g(x) dx= ò , ta thực hiện các bước sau: Bước 1. Lập bảng xét dấu hàm số h(x) f(x) g(x)= - trên đoạn [a; b]. Bước 2. + Nếu h(x) 0> thì { } max f(x), g(x) f(x)= và { } min f(x), g(x) g(x)= . + Nếu h(x) 0< thì { } max f(x), g(x) g(x)= và { } min f(x), g(x) f(x)= . Ví dụ 12. Tính tích phân { } 4 2 0 I max x 1, 4x 2 dx= + - ò . Giải Đặt ( ) ( ) 2 2 h(x) x 1 4x 2 x 4x 3= + - - = - + . Bảng xét dấu x 0 1 3 4 h(x) + 0 – 0 + ( ) ( ) ( ) 1 3 4 2 2 0 1 3 80 I x 1 dx 4x 2 dx x 1 dx 3 = + + - + + = ò ò ò . Vậy 80 I 3 = . Ví dụ 13. Tính tích phân { } 2 x 0 I min 3 , 4 x dx= - ò . Giải Đặt ( ) x x h(x) 3 4 x 3 x 4= - - = + - . Bảng xét dấu x 0 1 2 h(x) – 0 + ( ) 1 2 2 1 x 2 x 0 1 0 1 3 x 2 5 I 3 dx 4 x dx 4x ln 3 2 ln 3 2 æ ö ÷ ç = + - = + - = + ÷ ç ÷ ç è ø ò ò . 10 . tổng sau: 0 1 2 18 19 19 19 19 19 19 1 1 1 1 1 2 3 4 20 21 S C C C C C= + − + −− . 3. Chứng minh rằng: 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 3 1 1 n n n n n C C C n n + − + + + + = + + BÀI TẬP TỰ GIẢI 1. Tìm nguyên. dụ 15 . Chứng minh 2 2 10 11 0 0 dx dx 1 sin x 1 sin x p p £ + + ò ò . Giải Với 11 10 x 0; : 0 sin x 1 0 sin x sin x 2 p é ù " Σ£Þ££ ê ú ë û 10 11 10 11 1 1 1 sin x 1 sin x 0 1 sin x 1. (đvtt). VI. TÍCH PHÂN CHỨA TỔ HỢP 1. Tính I= ( ) 1 10 0 1 ∫ x dx Áp dụng kết quả đó hãy tính tổng sau: 1 2 10 10 10 10 1 1 1 1 2 3 11 = − + − + S C C C 2. Tính: ( ) 1 19 0 1I x x dx= − ∫ . Áp dụng