Ch ủ đề 6 . Tính tích phân b ằng phương pháp biến đổi 6.1. Phương pháp Đ ể tính tích phân b a I f (x)dx ta phân tích 1 1 m m f (x) k f (x) k f (x) Trong đó các hàm i f (x) (i 1,2, 3, ,n) có trong b ảng nguyên hàm. 6.2. Các ví d ụ minh họa Ví dụ 3.6.1. Tính các tích phân sau 1) 2 3 2 2 1 2x x x x 3x 1 I dx x 2) 1 0 xdx I 3x 1 2x 1 3) 2 2 2 I x 1 dx . L ời giải. 1) Ta có: 2 1 2 2 3 2 1 3 I (2x x x )dx x 2 1 3 3 3 2 1 4 1 8 2 23 x 3x 3 ln x 3 2 3 ln 2 3 x 3 10 . 2) Ta có: x (3x 1) (2x 1) 3x 1 2x 1 3x 1 2x 1 Nên 1 0 I ( 3x 1 2x 1)dx 1 3 3 0 2 1 17 9 3 (3x 1) (2x 1) 9 3 9 . 3) Ta có: 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 I x 1 dx (x 1)dx (1 x )dx (x 1)dx Suy ra 1 1 2 3 3 3 2 1 1 x x x I x x x 4 3 3 3 . Ví d ụ 3.6.2. Tính các tích phân sau 1) 3 2 0 2 I 2 sin x 3 tan x dx cos x 2) 2 0 I 2sin x.sin 5xdx 3) 4 4 0 I 8sin 2xdx . Lời giải. 1) Ta có 3 0 I 2 cos x 3ln cos x 2tan x 1 3 ln 2 2 3 . 2) Ta có: 2 2 0 0 1 1 I (cos 4x cos 6x)dx sin 4x sin 6x 0 4 6 . 3) Ta có: 4 2 8 sin 2x 4(1 2cos 4x cos 4x) 2(3 4 cos 4x cos 8x) www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net Nên 4 4 0 0 1 3 I 2 (3 4 cos 4x cos 8x)dx 2 3x sin 4x sin 8x 8 2 . Ví d ụ 3.6.3. Tính các tích phân 1) 4 2 2 3 x dx I x 3x 2 2) 3 3 2 2x 3 I dx x 3x 2 . L ời giải. 1) Ta có: 2 2 2 2 x 3 2x 3 5 1 1 2 2 x 3x 2 x 3x 2 x 3x 2 2 3 2x 3 5 1 1 1 2 2 x 2 x 1 x 3x 2 Suy ra 4 2 3 3 5 x 2 I x ln x 3x 2 ln 2 2 x 1 3 5 4 1 ln 3 ln 2 2 3 . 2) Ta có: 3 2 x 3x 2 (x 1) (x 2) 2 2x 3 a(x 1) b(x 2)(x 1) c(x 2) 2 2x 3 (a b)x (c 2a b)x a 2b 2c a b 0 1 1 5 2a b c 2 a , b ,c 9 9 3 a 2b 2c 3 . Suy ra 3 2 2 1 1 1 1 5 1 I dx 9 x 2 9 x 1 3 (x 1) 3 2 1 x 1 5 1 8 5 ln ln 9 x 2 3(x 1) 9 5 6 . 6.3. Bài tập áp dụng Bài 3.6.1. Tính các tích phân sau 1 3 0 1) I (x x 2x 1)dx 2) 1 0 dx I x 1 x 3) 1 2 0 x I dx x 1 4) 2 0 I x 1 dx 5) 3 2 0 2 I (2sin x 3cos x )dx cos x 6) 2 2 0 I sin (2x )dx 4 7) 2 - 2 I sin 2x.sin 3x 8) 4 4 0 I cos 2xdx 9) 3 2 6 cos 2x I dx sin 2x 10) 1 2 4 2 0 x I dx x 1 11) 1 2 0 4x 11 I dx x 5x 6 12) 1 3 2 0 x I dx x 2x 1 www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net 13) 2 3 2 0 x 3x 2 I dx x 3x 2 14) 3 2 3 2 x 2x 3 I dx x x 15) 2 0 cos x I dx sin x 2 cos x 16) 2 2 0 I x x dx 17) 3 2 2 4 3 cot x I dx cos x 18) 1 2 0 x x 1 I dx x 4 19) 3 2 2 6 dx I sin x cos x 20) 1 0 I x x a dx, a 0 21) 2 0 I 1 cos 2xdx . Hư ớng dẫn giải. Bài 3.6.1. 1) Ta có: 3 1 1 3 3 2 0 0 I (x x 2x 1)dx (x 2x 1)dx 1 5 4 2 0 2 1 19 x x x 5 2 10 . 2) Ta có: 1 1 0 0 dx I ( x 1 x)dx x 1 x 1 1 1 3 3 1 2 2 2 2 0 0 2 2 4 2 4 [(x 1) x ]dx (x 1) x 3 3 3 3) Ta có: 1 1 2 0 0 x 1 I dx (x 1 )dx x 1 x 1 1 2 0 1 1 x x ln(x 1) ln 2 2 2 . 4) Ta có: 2 1 2 0 0 1 I | x 1|dx (1 x)dx (x 1)dx 2 1 2 2 0 1 1 x x x x 1 2 2 5) Ta có: 3 0 2 3 I 2cos x 3sin x 2 tan x 2 . 6) Ta có: 2 2 0 0 1 1 I 1 cos(4x ) dx (1 sin 4x)dx 2 2 2 2 0 1 1 x cos 4x 2 4 4 . 7) Ta có: 2 2 2 2 1 1 1 4 I (cos x cos 5x)dx (sin x sin 5x) 2 2 5 5 . www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net 8) Ta có: 4 2 1 1 cos 2x (1 2 cos 4x cos 4x) (3 4 cos 4x cos 8x) 2 4 Nên 4 4 0 0 1 1 1 3 I (3 4 cos 4x cos 8x)dx 3x sin 4x sin 8x 4 4 8 16 . 9) Ta có: 3 3 2 6 6 1 d(sin 2x) 1 1 I 0 2 2 sin 2x sin 2x . 10) Ta có: 1 1 2 2 4 2 2 2 0 0 x 1 1 1 I dx (x 1 )dx x 1 x 1 1 2 2 0 1 1 x 1 dx 2(x 1) 2(x 1) 1 2 3 0 1 1 x 1 13 1 1 x x ln ln 3 2 x 1 24 2 3 . 11) Ta có: 4x 11 (x 2) 3(x 3) Nên: 1 1 0 0 1 3 I dx ln| x 3| 3 ln| x 2| x 3 x 2 9 ln 4 2 ln 3 3ln 2 ln 2 . 12) Ta có: 3 2 2 x x(x 1) 2(x 1) 3(x 1) 1 nên: 1 1 2 2 0 0 3 1 x 1 I x 2 dx 2x 3 ln(x 1) x 1 2 x 1 (x 1) I 2 3 ln 2 . 13) Ta có: 3 2 x 3x 2 (x 3)(x 3x 2) 10x 8 2 2 0 0 10x 8 12 2 I x 3 dx x 3 dx (x 1)(x 2) x 2 x 1 2 2 0 x 3x 12 ln| x 2| 2 ln| x 1| 4 12 ln 2 2 ln 3 2 . 14) Ta phân tích: 2 x 2x 3 ax(x 1) bx(x 1) c(x 1)(x 1) Cho x 0; x 1; x 1 ta tìm được: a 1; b 3;c 3 3 3 2 2 1 3 3 I dx ln| x 1| 3 ln| x 1| 3 ln x x 1 x 1 x 4 I 8 ln 2 4 ln 3 4 ln 3 . www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net 15) Ta xác đ ịnh a, b sao cho: cos x a(sin x 2cos x) b(cos x 2sin x) 2 1 a , b 5 5 2 2 0 0 2 1 cos x 2 sin x 2 1 I ( )dx ( x ln|sin x 2 cos x|) 5 5 sin x 2 cos x 5 5 ln 2 5 . 16) Ta có: 2 2 2 x x khi x [1;2] x x x x khi x [0;1] Nên 1 2 1 2 3 2 3 2 2 2 0 1 0 1 x x x x I ( x x)dx (x x)dx 1 3 2 3 2 17) 3 3 2 2 2 2 4 4 3 1 I (3 cot x)(1 tan x)dx dx cos x sin x 3 4 10 3 12 (3 tan x cot x) 3 . 18) 3 I 1 ln 3 ln 2 2 19) 3 2 2 6 1 1 4 3 I dx 3 sin x cos x 20) HD: Xét hai trư ờng hợp * 1 0 3a 2 a 1 I x(a x)dx 6 * a 1 3 0 a 2a 3a 2 0 a 1 I x(a x)dx x(x a)dx 6 . 21) 2 2 0 0 0 I 2 sin x dx 2 sin xdx 2 sin xdx 2 . Ch ủ đề 7 . Tính tích phân b ằng ph ương pháp đổi biến số 7.1. Phương pháp 7.1.1. Phương pháp đ ổi biến số loại 1 Gi ả sử cần tính b a I f x dx ta th ực hiện các bước sau Bư ớc 1 : Đ ặt x u t (v ới u t là hàm có đ ạo hàm liên tục trên ; , f u t xác đ ịnh trên ; và u a, u b ) và xác đ ịnh , . www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net Bư ớc 2 : Thay vào ta có: I f u t .u ' t dt g t dt G t G G . M ột số dạng th ường dùng phương pháp đổi biến số dạng 1 * Hàm s ố d ư ới dấu tích phân chứa 2 2 2 a b x ta thư ờng đặt a x sin t b * Hàm s ố dưới dấ u tích phân ch ứa 2 2 2 b x a ta thư ờng đặt a x b sin t * Hàm s ố dưới dấu tích phân chứa 2 2 2 a b x ta thư ờng đặt a x tan t b * Hàm s ố dưới dấu tích phân chứa x a bx ta thư ờng đặt 2 a x sin t b 7.1.2. Phương pháp đ ổi biến số loại 2 Tương t ự như nguyên hàm, ta có thể tính tích phân bằng phương pháp đổi biến số (ta gọi là loại 2) như sau. Đ ể tính tích phân b a I f x dx , n ếu f x g u x .u ' x , ta có th ể thực hiện phép đổi biến như sau Bư ớc 1 : Đ ặt t u x dt u ' x dx . Đ ổi cận x a t u a , x b t u b Bư ớc 2 : Thay vào ta có u(b) b a u(a) I g t dt G t . 7.2. Các ví d ụ minh họa Ví d ụ 3.7.1. Tính các tích phân sau 0 2 1 x 1 1) I dx 4 x 3 2 1 x 1 2) I dx x(2 x) 0 2 2 1 dx 3) I (x 2x 2) . L ời giải. 1) Ta có: 1 2 0 (x 1)dx I 4 x) . Đ ặt x 2 sin t dx 2 cos t.dt Đ ổi cận: x 1 t ; x 0 t 0 6 0 0 0 2 6 6 6 (1 2 sin t)2 cos tdt I (1 2 sin t)dt t 2 cos t 4 4 sin t 3 2 6 . 2) Đ ặt 2 x 2 sin t, t 0; dx 4 sin t cos tdt 2 www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net Đ ổi cận: 1 3 3 x 1 sin t t ; x sin t t 4 2 2 3 2 3 3 2 2 2 2 4 4 (2sin t 1)4 sin t cos tdt I 2 (2sin t 1)dt 2 sin t(2 2 sin t) 3 3 4 4 1 2 6 3 3 2 (2 cos 2t)dt 2 (2t sin 2t) 2 6 . 3) Ta có: 0 2 2 1 dx I (x 1) 1 . Đ ặt 2 x 1 tan t, t [0; ) dx (1 tan t)dt 2 Đ ổi cận: x 1 t 0; x 0 t 4 . 4 4 4 2 2 2 2 0 0 0 1 tan t 1 I dt cos tdt (1 cos 2t)dt 2 (1 tan t) 4 0 1 1 2 (t sin 2t) 2 2 8 . Ví d ụ 3.7.2. Tính các tích phân sau 1) 1 3 0 x I dx 1 x 2) 2 0 x I dx 4 x . L ời giải. 1) Ta có: 1 3 0 xdx I 1 x . Đ ặt 2 2 3 2dt x x tan t xdx (1 tan t)dt xdx 2 3 cos t 4 4 4 2 2 2 0 0 0 2dt 2 dt 2 d(sin t) I 3 cos t 3 1 sin t 3.cos t 1 tan t 4 0 1 1 sin t 2 ln ln 2 1 . 3 1 sin t 3 2) Đ ặt 2 x 4 sin t, t 0; dx 8sin t cos tdt 2 Đ ổi cận: x 0 t 0, x 2 t 4 www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net Suy ra: 4 4 4 2 2 2 0 0 0 4 sin t I .8sin t cos tdt 8 sin tdt 4 (1 cos 2t)dt 4 cos t 4 0 1 4(t sin 2t) 2 2 . Ví d ụ 3.7.3. Tính các tích phân sau 1) 8 3 1 x I dx x 4 4 12 4 5 dx 2) I x x 4 3) 3 3 1 2 xdx I 2x 2 4) 2 1 x I dx 1 2 x 1 . Lời giải. 1) Đ ặt 2 t 1 x x t 1 dx 2tdt Đ ổi cận: x 3 t 2; x 8 t 3 3 3 3 2 2 2 2 t.tdt 1 1 t 1 I 2 2 (1 )dt 2 t ln (t 1)(t 1) 2 t 1 t 1 1 1 1 1 3 2 3 ln 2 ln 2 ln . 2 2 2 3 2 2) Ta có: 2 3 3 4 4 5 x dx I x x 4 Đ ặt 4 4 2 3 t x 4 x t 4 2x dx tdt Đ ổi cận: 4 4 x 5 t 3; x 12 t 4 4 4 4 2 2 3 3 3 tdt 1 dt 1 t 2 1 5 I ln ln 2 8 t 2 8 3 (t 4)t t 4 . 3) Đ ặt 3 3 2 3 t 2 3 t 2x 2 t 2x 2 x dx t dt 2 2 Đ ổi cận : 1 x t 1 2 ; x 3 t 2 .Ta có : 2 2 2 3 2 4 5 2 1 1 1 (t 2) 3 3 3 3 3 I . t dt t t dt t t 2t 2 4 2 20 4 24 3 3 12 3 5 20 4 5 . 4) Đ ặt 2 t 1 1 t 1 2 x 1 x 1 dx (t 1)dt 2 2 Đ ổi cận: x 1 t 1; x 2 t 3 3 3 2 2 1 1 1 (t 2t 5)(t 1) 1 5 I dt (t 3t 7 )dt 8 t 8 t www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net 3 3 2 1 1 t 3t 1 32 7t 5 ln t 5 ln 3 8 3 2 8 3 . Ví d ụ 3.7.4. Tính các tích phân sau 2 5 0 1) I sin xdx 2 0 sin 2x sin x 2) I dx 1 1 3 cos x 3) 2 2 2 0 sin 2x I dx 4 sin x cos x . L ời giải. 1) Ta có: 2 2 2 0 I (1 cos x) sin xdx . Đ ặt t sin x dt cos xdx Đổi cận : x 0 t 0; x t 1 2 1 1 2 2 2 4 0 0 8 I (1 t ) dt (1 2t t )dt 15 . 2) Ta có: 2 0 (2 cos x 1) sin x.dx I 1 1 3 cos x . Đ ặt 2 t 1 cos x 3 t 1 3cos x 2 tdt sin xdx 3 Đ ổi cận: x 0 t 2, x t 1 2 . 2 1 2 3 2 1 t 1 2 1 2 2 2t t 3 I t dt dt 1 t 3 9 t 1 2 2 1 2 3 (2t 2t 3 )dt 9 t 1 2 3 2 1 2 2t 28 2 3 t 3t 3ln t 1 ln 9 3 27 3 2 . 6) Đ ặt 2 2 2 2 3sin 2x t 4 sin x cos x dt dx 4 sin x cos x 2 2 sin 2x 1 dx dt 3 a sin x b cos x . Đ ổi cận x 0 t 1; x t 2 2 2 1 1 1 I dt 3 3 . www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net Ví d ụ 3.7.5. Tính các tích phân sau 1) 3 0 dx I cos x.cos x 3 2) 2 3 0 sin xdx I ( 3 sin x cos x) 3) 6 4 0 tan x I dx cos 2x . L ời giải. 1) Ta có: 3 3 2 0 0 dx dx I 2 2 cos x(cos x 3 sin x) cos x(1 3 tan x) Đặt 2 dx t tan x dt cos x Đổi cận: x 0 t 0; x t 3 3 3 3 0 0 dt 2 3 4 3 I 2 ln|1 3t| ln 2 3 3 1 3t . 2) Ta có: 2 3 0 sin(x )dx 6 6 I 8 sin (x ) 6 2 2 2 3 0 0 cos(x )dx 3 dx 1 6 16 16 sin (x ) sin (x ) 6 6 2 2 2 0 0 3 1 1 1 cot(x ) 16 6 32 6 sin (x ) 6 . 3) Đặt 2 dt t tan x dx 1 t . Khi đó: 2 2 1 t cos 2x 1 t Đổi cận: 1 x 0 t 0; x t 6 3 . 1 1 1 3 3 3 4 2 4 2 2 2 2 2 0 0 0 t (1 t )dt t dt dt I t 1 dt (1 t )(1 t ) 1 t 1 t 1 3 3 0 1 1 t t 1 3 1 10 3 ln t ln 2 1 t 3 2 27 3 1 . Ví d ụ 3.7.6. Tính các tích phân sau 1) 2 e e ln x I dx x(ln x 1) 2) e 1 1 3 ln x.ln x I dx x www.boxtailieu.net www.boxtailieu.net [...]... 1 2 2 x t 2 1 1 1 2 2 14) Đặt t 1 x dt dx 2 dt x dx x dx t 1 x 1 x2 1 x2 x 1 x2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 1 dt dt t 1 t 1 dt 2 2 t 1t 1 t 1 3 3 3 1 2 1 ln t 1 ln t 1 2 2 2 1 2 3 1 74 3 ln ln 2 3 2 3 2 3 1 15) Đặt J 1 x 4 dx 2 x 4x 5 2 1 2 2 1 2 x 2 dx 2 x 4x 5 2. .. 2 Đặt t x 2 dx 2 x 2 dx 2 x 2 1 x 2 t 2 x 2 dx 1 w w dt t 1 dt 1 1 w 1 b 2 dx ox x 2 2 1 ilie 1 x 2 dx ta 1 2 2 1 Trong đó K 1 2 1 1 ln x2 4x 5 2K ln 2 2K 2 2 2 t 1 1 t 1 2 1 1 2 3 ln ln ln 3 3 t 1 3 2 2 2 3 ne I 1 2 u I 1 2. .. 3 t 3 dt t 3t 3 6 4 3 3 x x 20 11x x 1 M 1 3 2 2 x2 x 1 4 dx dx Đặt t 3 1 x2 x 1 1 3 3 2 2 1 N 2 2 1 20 11 x 0 b dx x3 Vậy, I M N 19) I x 2 1 w 1 1 3 dx 2 2 3 dx 2 2 20 11 x3 1 3 2 3 7 2 3 7 2 t3dt 0 3 20 11x dx 1 21 3 7 128 20 11 2 2 2 2x 1 14077 21 3 7 16 128 dx 1 3 2 x 1 x 1 1 Đặt t x 1 dt dx Đổi cận:... x2 2 x2 có hai nghiệm x 1 Dựa vào đồ thị, ta có: 1 2 0 2x3 2 x dx 3 1 2 2 0 0 1 2 x2 dx 2 0 2 3 Đặt x 2 sin t dx 2 cos tdt 2 x2 dx 2 cos2 xdx 0 0 0 1 x 4 1 1 (1 cos 2x)dx (x sin 2x) 2 4 2 0 b 2 3 2 Vậy: SD 1 2 3 6 ilie 4 -1 ox 4 4 ta Đổi cận: x 0 t 0; x 1 t y 2 ( 2 x x )dx 2 ( 2 x x )dx 1 1 5 3 t 1 2. .. u 2, t 1 u 2 2 2 1 Do đó: I 2 2 2 u 1 2 20) I ln 3 du 2e3x e2x x 4e x 3 1 0 e Đặt t 4e 3x 3e 2x 2e3x e2x dx 1 1 1 u 1 du ln u 1 u 1 2 u 1 dx ln 3 0 2 t 4e 3x 2e3x e2x 4e3x 3e2x 1 2 2 1 ln 3 3 2 2 2 dx 3e2x 2tdt 12e3x 6e2x dx tdt 3 t Đổi cận: x 0 t 1; x ln 3 t 9 3 s inxcos x 1 cos2 x... sau 0 Lời giải 3)I 0 (2x 2 x 1) ln(x 2) dx 1 w du dx u x dv sin 2xdx v 1 cos 2x 2 1) Đặt 1 I x cos 2x 2 2 0 2 1 1 cos 2xdx sin 2x 2 0 2 4 4 4 0 du dx u x 2 2) Đặt dv e2x 1 v 1 e2x 1 2 2 1 1 1 5e e3 2 I (x 2) e2x 1 0 e2x 1dx e e2x 1 2 0 2 2 4 4 0 www.boxtailieu.net... 1 2 2 1 t 2 1 1 2 t 1 www.boxtailieu.net dt 2 1 2 1 1 1 1 1 1 ln t 1 t2 t t 1 dt 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 t 1 1 1 A ln 1 2 ln ln 1 2 ln t t 2 2 2 2 1 17) I 4 2 2 1 1 2 1 2 xdx 7 x2 x2 9 Đặt : t x2 9 x2 t2 9.xdx tdt Đổi cận: x 7 t 4, x 4 t 5 4 t2 ... ln(x 2) x 2 3) Đặt 2 dv (2x x 1)dx 2 3 1 2 v x x x 3 2 2 1 1 0 I ( x3 x2 x) ln(x 2) 1 3 2 6 1 6 0 (4x2 5x 16 1 0 4x3 3x2 6x dx x 2 1 32 1 4 5 0 )dx ( x 3 x 2 16x 32 ln(x 2) ) 1 x 2 6 3 2 16 119 ln 2 3 396 Ví dụ 3.8 .2 Tính các tích phân sau 2) I 1 ln(x 1) x 1 0 2 1 x sin x t 1) I x(1 sin 2x)dx... cận: x 2 t 1, x 1 t 1 2 Khi đó: K 1 2 1 Do đó: J 1 2 dt ln t ln 1 2 1 t 1 ln 2 2 ln 1 2 2 16) Đặt: t x 1 x2 t x 1 x2 x 1 1 t2 1 1 1 dt t dx 2 2t 2 t 2t 2 Đổi cận : x 1 t 2 1, x 1 t 2 1 Khi đó: A 1 1 dt 2 2 2t 2 1 21 1 t 1 2 2 1 2 1 dt 1... t 2 t2 1t2 1 tdt 2 2 Do đó: I 6) I 10 1 10 4 dx x2 3x 2 3 3 x2 3x 2 3 x2 x 3 x 1dx x 2 3x 2 10 1 10 1 dx 4 ln x 2 ln x 1 8 ln 2 ln 3 dx 4 x2 3x 2 x 2 x 1 3 3 3 4 Hay I1 8 ln 3 x2 x 3 x 1dx 10 x3 x 1 dx x2 3x 2 3 x 2 t 10 2 3 ne I2 1 x2 x 3 x 1dx 10 10 4 I1 t 1 2 1 . 3 7 x 2 2 t 2 Khi đó 3 7 3 2 2 2 3 2 3 3 1 0 1 1 3 21 7 x M dx t dt 2 128 x 2 2 2 2 2 2 3 3 2 1 1 1 20 11 20 11 14077 N dx 20 11x dx 16 x 2x V ậ y, 3 14077 21 . t t 4 2 2 3 2 3 3 2 2 2 2 4 4 (2sin t 1)4 sin t cos tdt I 2 (2sin t 1)dt 2 sin t (2 2 sin t) 3 3 4 4 1 2 6 3 3 2 (2 cos 2t)dt 2 (2t sin 2t) 2 6 . 1 1 1 2 2 2 2 2 2 x 4 dx 2 x 2 dx 1 1 J 2 dx 2 x 4x 5 x 4x 5 x 2 1 1 2 2 1 1 ln x 4x 5 2K ln 2 2K 2 2 Trong đó 1 2 2 1 K dx x 2 1