Đang tải... (xem toàn văn)
Giới hạn Đạo hàm Vi Phân, Tài liệu,Thư viện tài liệu, tài liệu online, tài liệu trực tuyến, tài liệu hay, tài liệu học tập, tài liệu tham khảo, luận văn tốt nghiệp, đồ án tốt nghiệp, bài giảng, giáo án, luận văn, đồ án, giáo trình, chuyên đề, đề tài, Tài liệu miễn phí, Thư viện số, Thư viện online, Thư viện chia sẻ sách, ebook, báo cáo thực tập, Slide bài giảng, Tài liệu hay, Tài liệu online, Tài liệu học tập, Tài liệu chia sẽ, Download tài liệu, Tài liệu download
Nhắc lại Giới hạn – Đạo hàm – Vi phân Các giới hạn đặc biệt: sin x =1 a) lim x ®0 x x =1 x ®0 sin x Hệ quả: lim sin u(x) =1 u(x)®0 u(x) u(x) =1 u(x)®0 sin u(x) ln(1 + x) =1 x® x lim lim lim x ỉ 1ư b) lim ç + ÷ = e, x Ỵ R x ®¥ è xø Hệ quả: lim (1 + x) x = e x®0 lim ex - =1 x® x Bảng đạo hàm hàm số sơ cấp hệ quả: (c)’ = (c số) (x a )' = ax a-1 (ua )' = aua-1u ' ỉ1ư ç ÷' = - èxø x ( x )' = x x (e )' = ex u' ỉ1ư ç ÷' = - u èù ( u ) ' = u' u u (e )' = u'.e u (ax )' = a x ln a (a u )' = a u ln a u ' u' (ln x )' = (ln u )' = x u u' (loga x ') = (loga u )' = x.ln a u.ln a (sinx)’ = cosx (sinu)’ = u’.cosu u' (tgx)' = = + tg x (tgu)' = = (1 + tg u).u' 2 cos x cos u -1 - u' (cot gx)' = = -(1 + cot g x) (cot gu)' = = - (1 + cot g u).u' 2 sin x sin u Vi phân: Cho hàm số y = f(x) xác đònh khoảng (a ; b) có đạo hàm x Ỵ (a; b) Cho số gia Dx x cho x + Dx Ỵ (a; b) Ta gọi tích y’.Dx (hoặc f’(x).Dx) vi phân hàm số y = f(x) x, ký hiệu dy (hoặc df(x)) dy = y’.Dx (hoặc df(x) = f’(x).Dx Áp dụng đònh nghóa vào hàm số y = x, dx = (x)’Dx = 1.Dx = Dx Vì ta có: dy = y’dx (hoặc df(x) = f’(x)dx) Trang NGUYÊN HÀM VÀ TÍCH PHÂN §Bài 1: NGUYÊN HÀM Đònh nghóa: Hàm số F(x) gọi nguyên hàm hàm số f(x) khoảng (a ; b) x thuộc (a ; b), ta có: F’(x) = f(x) Nếu thay cho khoảng (a ; b) đoạn [a ; b] phải có thêm: F '(a+ ) = f(x) F '(b - ) = f(b) Đònh lý: Nếu F(x) nguyên hàm hàm số f(x) khoảng (a ; b) : a/ Với số C, F(x) + C nguyên hàm hàm số f(x) khoảng b/ Ngược lại, nguyên hàm hàm số f(x) khoảng (a ; b) viết dạng: F(x) + C với C số Người ta ký hiệu họ tất nguyên hàm hàm số f(x) ò f(x)dx Do viết: ò f(x)dx = F(x) + C Bổ đề: Nếu F¢(x) = khoảng (a ; b) F(x) không đổi khoảng Các tính chất nguyên hàm: · · · · ( ò f(x)dx ) ' = f(x) ò af(x)dx = f(x)dx (a ¹ 0) ò [ f(x) + g(x)] dx = ò f(x)dx + ò g(x)dx ò f(t)dt = F(t) + C Þ ò f [ u(x)] u'(x)dx = F [ u(x)] + C = F(u) + C (u = u(x)) Sự tồn nguyên hàm: · Đònh lý: Mọi hàm số f(x) liên tục đoạn [a ; b] có nguyên hàm đoạn Trang BẢNG CÁC NGUYÊN HÀM Nguyên hàm hàm số sơ cấp Nguyên hàm hàm số hợp thường gặp (dưới u = u(x)) ò dx = x + C ò du = u + C x a+1 ò x dx = a + + C (a ¹ -1) ua+1 ò u du = a + + C dx = ln x + C x (x ¹ 0) ò a ò ò e dx = e x x ò a dx = x du = ln u + C u ò e du = e u +C ax +C ln a (a ¹ -1) a u ò a du = (0 < a ¹ 1) u (u = u(x) ¹ 0) +C au +C ln a (0 < a ¹ 1) ò cos xdx = sin x + C ò cos udu = sin u + C ò sin xdx = - cos x + C ò sin udu = - cos u + C dx ò cos2 x = ò (1 + tg x)dx = tgx + C du ò cos2 u = ò (1 + tg u)du = tgu + C dx ò sin x = ò (1 + cot g x)dx = - cot gx + C dx = x +C x ò2 du ò sin du = u +C u ò2 (x > 0) ò cos(ax + b)dx = a sin(ax + b) + C (a ¹ 0) sin(ax + b)dx = cos(ax + b) + C ò a (a ¹ 0) dx ò ax + b = a ln ax + b + C òe ò ax + b u = ò (1 + cot g u)du = - cot gu + C dx = eax + b + C a (a ¹ 0) dx ax + b + C = ax + b a (a ¹ 0) Trang (u > 0) Vấn đề 1: XÁC ĐỊNH NGUYÊN HÀM BẰNG ĐỊNH NGHĨA Bài toán 1: CMR F(x) nguyên hàm hàm số f(x) (a ; b) PHƯƠNG PHÁP CHUNG Ta thực theo bước sau: + Bước 1: Xác đònh F’(x) (a ; b) + Bước 2: Chứng tỏ F '(x) = f(x) với "x Ỵ (a; b) Chú ý: Nếu thay (a ; b) [a ; b] phải thực chi tiết hơn, sau: + Bước 1: Xác đònh F’(x) (a ; b) Xác đònh F’(a+) Xác đònh F’(b–) ìF '(x) = f(x), "x Ỵ (a ; b) ï + Bước 2: Chứng tỏ íF '(a + ) = f(a) ï ỵF '(b ) = f(b) Ví dụ 1: CMR hàm số: F(x) = ln(x + x + a) với a > nguyên hàm hàm số f(x) = x2 + a R Giải: Ta có: F '(x) = [ln(x + x + a)]' = (x + x + a)' x + x2 + a 2x 1+ x2 + a x + x2 + a = = x2 + a + x x + a(x + x + a) = Vậy F(x) với a > nguyên hàm hàm số f(x) R ìïex Ví dụ 2: CMR hàm số: F(x) = í ïỵ x + x + x ³ x < ìex x ³ R Là nguyên hàm hàm số f(x) = í + < 2x x ỵ Giải: Để tính đạo hàm hàm số F(x) ta xét hai trường hợp: a/ Với x ¹ , ta có: ìe x x > F '(x) = í ỵ2x + x < b/ Với x = 0, ta có: Trang x2 + a = f(x) · Đạo hàm bên trái hàm số điểm x0 = F '(0 - ) = limx®0 · F(x) - F(0) x + x + - e0 = lim= x ®0 x-0 x Đạo hàm bên phải hàm số điểm x0 = F '(0 + ) = lim+ x®0 F(x) - F(0) ex - e0 = lim+ = x®0 x-0 x Nhận xét F '(0 - ) = F '(0 + ) = Þ F '(0) = ìe x x ³ = f(x) Tóm lại: F '(x) = í ỵ2x + x < Vậy F(x) nguyên hàm hàm số f(x) R Bài toán 2: Xác đònh giá trò tham số để F(x) nguyên hàm hàm số f(x) (a ; b) PHƯƠNG PHÁP CHUNG Ta thực theo bước sau: + Bước 1: Xác đònh F’(x) (a ; b) + Bước 2: Để F(x) nguyên hàm hàm số f(x) (a ; b), điều kiện là: F '(x) = f(x) với "x Ỵ (a; b) Dùng đồng hàm đa thức Þ giá trò tham số Chú ý: Nếu thay (a ; b) [a ; b] phải thực chi tiết hơn, sau: + Bước 1: Xác đònh F’(x) (a ; b) Xác đònh F’(a+) Xác đònh F’(b–) + Bước 2: Để F(x) nguyên hàm hàm số f(x) (a ; b), điều kiện là: ìF '(x) = f(x), "x Ỵ (a ; b) ï + Þ giá trò tham số íF '(a ) = f(a) ï ỵF '(b ) = f(b) Bài toán 3: Tìm số tích phân PHƯƠNG PHÁP CHUNG · Dùng công thức học, tìm nguyên hàm: F(x) = G(x) + C · Dựa vào đề cho để tìm số C Thay giá trò C vào (*), ta có nguyên hàm cần tìm Trang ìx2 x £ Ví dụ 3: Xác đònh a , b để hàm số: F(x) = í ỵax + b x > ì2x nguyên hàm hàm số: f(x) = í ỵ2 x £ x > R Giải: Để tính đạo hàm hàm số F(x) ta xét hai trường hợp: ì2x x < a/ Với x ¹ , ta có: F '(x) = í ỵ2 x > b/ Với x = 1, ta có: Để hàm số F(x) có đạo hàm điểm x = 1, trước hết F(x) phải liên tục x = 1, : lim- F(x) = lim+ F(x) = f(1) Û a + b = Û b = - a (1) x ®1 x ®1 · Đạo hàm bên trái hàm số y = F(x) điểm x = F'(1) = lim x ®1 f(x) - F(1) x2 - = lim= x ®1 x - x -1 · Đạo hàm bên phải hàm số y = f(x) điểm x0 = F '(1+ ) = lim+ x ®1 F(x) - F(1) ax + b - ax + - a - = lim+ = lim+ = a x ®1 x ®1 x -1 x -1 x -1 Hàm số y = F(x) có đạo hàm điểm x = Û F '(1- ) = F '(1+ ) Û a = (2) Thay (2) vào (1), ta b = –1 Vậy hàm số y = F(x) có đạo hàm điểm x = 1, a = 2, b = –1 Khi đó: F’(1) = = f(1) Tóm lại với a = 2, b = F(x) nguyên hàm hàm số f(x) Ví dụ 4: Xác đònh a , b , c để hàm số: F(x) = (ax + bx + c)e -2x nguyên hàm F(x) = - (2x - 8x + 7)e-2 x R Giải: Ta có: F '(x) = (2ax + b)e-2 x - 2(ax + bx + c)e -2x = éë-2ax + 2(a - b)x + b - 2cùûe-2x Do F(x) nguyên hàm f(x) R Û F '(x) = f(x), "x Ỵ R Û - 2ax + 2(a - b)x + b - 2c = - 2x + 8x - 7, "x Ỵ R ìa = ìa = ï ï Û ía - b = Û í b = -3 ï ï ỵ b - 2c = -7 ỵc = Vậy F(x) = (x - 3x + 2)e-2x Trang BÀI TẬP ỉ x pư Bài Tính đạo hàm hàm số F(x) = ln tg ç + ÷ è2 4ø Từ suy nguyên hàm hàm số f(x) = cos x ì ln(x + 1) ,x¹0 ï Bài Chứng tỏ hàm số F(x) = í x ï0 ,x = ỵ ì ln(x + 1) ,x¹0 ï nguyên hàm hàm số f(x) = í x + x2 ï1 ,x=0 ỵ Bài Xác đònh a, b, c cho hàm số F(x) = (ax + bx + c).e- x nguyên hàm hàm số f(x) = (2x - 5x + 2)e- x R ĐS: a = –2 ; b = ; c = –1 Bài a/ b/ Tính nguyên hàm F(x) f(x) = Tìm nguyên hàm F(x) f(x) = sin ĐS: a/ F(x) = Bài a/ x + 3x + 3x - F(0) = (x + 1)2 x2 +x+ ; x +1 x ỉ pư p F ç ÷ = è2ø b/ F(x) = (x - sin x + 1) Xác đònh số a, b, c cho hàm số: F(x) = (ax + bx + c) 2x - nguyên hàm hàm số: f(x) = b/ 20x - 30x + ỉ3 khoảng ç ; + ¥ ÷ è2 ø 2x - Tìm nguyên hàm G(x) f(x) với G(2) = ĐS: a/ a = 4; b = -2; c = 1; b/ G(x) = (4x - 2x + 10) 2x - - 22 Trang Vấn đề 2: XÁC ĐỊNH NGUYÊN HÀM BẰNG VIỆC SỬ DỤNG BẢNG CÁC NGUYÊN HÀM CƠ BẢN ò f(ax + b)dx = a F(ax + b) + C với a ¹ Ví dụ 1: CMR , ò f(x)dx = F(x) + C Giải: Ta có: f(ax + b)dx = f(ax + b)d(ax + b) với a ¹ a Áp dụng tính chất 4, ta được: 1 ò f(ax + b)dx = a ò (ax + b)d(ax + b) a F(ax + b) + C (đpcm) Ghi chú: Công thức áp dụng cho hàm số hợp: ò f(t)dt = F(t) + C Þ ò f(u)du = F(u) + C, với u = u(x) Ví dụ 2: Tính tích phân bất đònh sau: a/ ò (2x + 3) dx b/ ò cos4 x.sin xdx c/ ò 2e x dx ex + d/ ò (2 ln x + 1)2 dx x Giải: 1 (2x + 3)4 (2x + 3)4 +C= + C a/ Ta có: ò (2x + 3) dx = ò (2x + 3) d(2x + 3) = 2 b/ Ta có: ò cos4 x.sin xdx = - ò cos xd(cos x) = c/ Ta có: cos5 x +C 2ex d(ex + 1) x dx = ò ex + ò ex + = ln(e + 1) + C (2 ln x + 1)2 1 dx = ò (2 ln x + 1)2 d(2 ln x + 1) = (2 ln x + 1)3 + C d/ Ta có: ò x 2 Ví dụ 3: Tính tích phân bất đònh sau: a/ ò 2sin x dx b/ ò cot g2 xdx c/ ò tgxdx Giải: a/ Ta có: ò 2sin x dx = ò (1 - cos x)dx = x - sin x + C ỉ b/ Ta có: ò cot g xdx = ò ç - ÷ dx = - cot gx - x + C è sin x ø c/ Ta có: ò tgxdx = ò sin x d(cos x) dx = - ò = - ln cos x + C cos x cos x Trang d/ ò tgx dx cos3 x d/ Ta có: tgx ò cos x dx = ò sin x d(cos x) 1 dx = - ò = - cos -3 x + C = + C 4 cos x cos x 3cos3 x Ví dụ 4: Tính tích phân bất đònh sau: a/ x ò + x dx b/ òx dx - 3x + Giải: a/ Ta có: x d(1 + x ) dx = = ln(1 + x ) + C ò + x2 ò 1+ x b/ Ta có: òx 1 ỉ dx = ò dx = ò ç ÷dx - 3x + è x - x -1 ø (x - 1)(x - 2) = ln x - - ln x - + C = ln x-2 + C x -1 BÀI TẬP Bài Tìm nguyên hàm hàm số: x a/ f(x) = cos2 ; b/ ĐS: a/ (x + sin x) + C ; f(x) sin x - cos x + cos3 x + C b/ Bài Tính tích phân bất đònh : a/ ò e (2 - e d/ e2-5x + ò ex dx; x -x )dx; b/ e/ ĐS: a/ 2e - x + C; x d/ ex ò 2x dx ; c/ 2x.3x.5x ò 10x dx ex ò ex + 2dx ex + C; (1 - ln 2)2 x b/ - e2-6 x - e- x + C; e/ c/ 6x +C ln ln(ex + 2) + C Bài Tính tích phân bất đònh : a/ ò d/ ò (1 - 2x) x + x -4 + dx ; 2001 dx; e/ x3 ĐS: a/ - + C; x d/ ò b/ ò x x dx ; c/ òx x + dx ; - ln x dx x 55 x + C; b/ (1 - 2x)2002 - + C; 2002 Trang e/ c/ (x + 1) x + + C ; (3 + ln x) + ln x + C Vấn đề 3: XÁC ĐỊNH NGUYÊN HÀM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Phương pháp phân tích thực chất việc sử dụng đồng thức để biến đổi biểu thức dấu tích phân thành tổng biểu thức mà nguyên hàm biểu thức nhận từ bảng nguyên hàm phép biến đổi đơn giản biết Chú ý quan trọng: Điểm mấu chốt phép phân tích rút ý tưởng cho riêng từ vài minh hoạ sau: · Với f(x) = (x - 2)2 viết lại f(x) = x - 4x + · Với f(x) = x - 4x + viết lại f(x) = x - + x -1 x -1 · Với f(x) = 1 viết lại f(x) = x - 5x + x -3 x -2 · Với f(x) = · Với f(x) = (2 x - 3x )2 viết lại f(x) = x - 2.6 x + x · Với f(x) = cos3 x.sin x viết lại f(x) = 2(cos3x + 3cos x).sin x 1 viết lại f(x) = ( - 2x - 2x + 1) 2x + + - 2x = cos3x.sin x + cos x.sin x = sin 4x - sin 2x + 3sin 2x = sin 4x + sin 2x · tg x = (1 + tg x) - · cot g x = (1 + cot g x) - · x n (1 + x ) + 1 = xn + 1+ x + x2 Đó vài minh hoạ mang tính điển hình Ví dụ 1: Tính tích phân bất đònh: I = ò x(1 - x)2002 dx Giải: Sử dụng đồng thức : x = – (1 – x) ta được: x(1 - x)2002 = [1 - (1 - x)](1 - x)2002 = (1 - x)2002 - (1 - x)2003 Khi đó: I = ò (1 - x)2002 dx - ò (1 - x)2003 dx = - ò (1 - x)2002 d(1 - x) + ò (1 - x)2003 d(1 - x) =- (1 - x)2003 (1 - x)2004 + + C 2003 2004 Tổng quát: Tính tích phân bất đònh: I = ò x(ax + b)a dx, với a ¹ 1 Sử dụng đồng thức: x = ax = [(ax + b) - b] a a Trang 10