Tính nhanh nguyên hàm tích phân từng phần sử dụng số đo đường chéo

[r]

PHƯƠNG PHÁP TÍNH NGUYÊN HÀM – TÍCH PHÂN TỪNG PHẦN SỬ DỤNG SƠ ĐỒ ĐƯỜNG CHÉO

I NHẮC LẠI KIẾN THỨC Công thức : udv vu  vdu

2 Áp dụng với các dạng nguyên hàm :p x e( ) ax b dx

;p x( ).sin(ax b dx ) ; ( ).cos( )

p x ax b dx

  ; ( ).ln (n )

p x ax b dx

  ;…

3 Cách đặt :

 Ưu tiên đặt “u”theo : logarit

 

ln _ đa thức ( ( ))p x _ lượng giác



sin ,cosx x



_ mũ

 

x

e Nhất “log”, nhì “đa”, tam “lượng”, tứ “mũ”

 Phần còn lại là “dv” II PHƯƠNG PHÁP

1 Chia thành cột

 Cột (cột trái : cột u) lấy đạo hàm tới

 Cột (cột phải : cột dv) lấy nguyên hàm cho tới tương ứng với cột

2 Nhân chéo kết quả của hai cột với

3 Dấu của phép nhân đầu tiên sẽ có dấu (+), sau đó đan dấu (-), (+), (-)… III PHÂN DẠNG VÀ VÍ DỤ MINH HOẠ

Dạng :  f x e( ) ax b dx

VD1: Tính nguyên hàm : (2 3) x

I   x  e dx

(đạo hàm )

2

u x 

dấu (nguyên hàm) x

dv e dx

4x + ex

4 - ex

0 + x

e

2

(2 3)

x x x

I e x x e e C

     

(2 1) x

e x x C

   

VD2: Tính nguyên hàm : I  (x32 ).x e dxx2 Ta biến đổi đưa I về dạng thuần tuý : 2 2

( 2) ( 2) ( )

2

x x

I   x  e xdx  x  e d x

u x ( 2)

u I  u e du

(đạo hàm ) u

dấu (nguyên hàm) u

e

1 + eu

0 - u

e

2 2 ( 2)

.( 1) ( 1)

u u

u x

I e u e C

e u C e x C

    

     

VD3: Tính nguyên hàm x I x e dx Ta biến đổi

(2 ) (2 ) 16

x

I  x e d x 2x u 3

16 16

u e u

I u e du  u e du (đạo hàm )

3 u

dấu (nguyên hàm) u

e

3u + u

e

6u - eu

6 + u

e

0 - u

e

3. 3 2 6 6

16

u u u u

e

I u e u e u e e  C

      

1

3

( 6)

16 u e

u u u C



    

2

3

(8 12 12 6)

16 x e

x x x C



    

Dạng 2:  f x( ).sin(ax b dx ) ; f x( ).cos(ax b dx ) VD1: Tính nguyên hàm I (2x1).cosxdx

(đạo hàm ) 2x1

dấu (nguyên hàm) cosx

2 + sinx

0 - cosx

(2 1) sin 2( cos )

I x x x C

     

(2x 1) sinx cosx C

   

VD2: Tính nguyên hàm

( ).sin

I  x  x xdx

(đạo hàm )

2 x  x

dấu (nguyên hàm) sinx

2x2 + cosx

2 - sinx

0 + cosx

2

( cos )( ) (2 2)( sin ) cos

I  x x  x  x  x  x C

2

cos (x x 2x 2) (2x 2) sinx C

VD3: Tính nguyên hàm ( ).cos( )

I  x  x x dx

Ta biến đổi ( 2).cos( ) ( )2 2

I  x  x d x

u x ( 2).cos

I  u  udu (đạo hàm )

3 u 

dấu (nguyên hàm) cosu

2

3u + sinu

6u - cosu

6 + sinu

0 - cosu

3

sin ( 2) ( cos ) ( sin ) cos

I u u u u

u u u C

    

   

3

sin (u u 6u 2) cos (3u u 6) C

     

2

2

sin( ) cos( )

x x x

x x C

 

    

 

   

Dạng 3:  f x( ).ln (n ax b dx )

Chú ý : Dạng  f x( ).ln (n ax b dx ) thì ưu tiên đặt ln (n )

u ax b vì vậy đạo hàm “u” sẽ không bằng được, vậy cần phải điều chỉnh hệ số rút gọn (nhân ngang đơn giản tử mẫu) rồi sau đó mới làm tiếp

VD1:Tính nguyên hàm I xlnxdx (đạo hàm )

lnx

dấu (nguyên hàm) x

1

x

(đơn giản)

1

+

2 x

(đơn giản)

x

0 -

2 x

Đơn giản bằng cách nhân kết quả ở cột ta được

2 x

tách cột

(đạo hàm ) (nguyên hàm) x

( Cách hiểu : 1

xtừ cột đạo hàm đã “nhảy” sang cột nguyên hàm để triệu tiêu với x

nên 1

2phải “nhảy” ngược lại sang cột đạo hàm để bù )

2 2

1

.ln ln

2 2 2

x x x

I x C  x  C

       

VD2: Tính nguyên hàm ln

I x xdx (đạo hàm )

2 ln x

dấu (nguyên hàm) x

2.lnx x

(đơn giản)

lnx

+

2 x

(đơn giản)

x

x

(đơn giản)

1

-

2 x

(đơn giản)

x

0 +

2 x

2 2

2

2

1

.ln ln

2 2

1 ln ln

2

x x x

I x x C

x

x x C

   

 

    

 

VD3: Tính nguyên hàm

( 3) ln

I  x  x dx

(đạo hàm ) lnx

dấu (nguyên hàm)

3 3

x  x

(đơn giản)

+

4

x  x

(đơn giản)

3 4 3

x 

0 -

16

x  x

4

3 ln

4 16

x x

I  x x  x C

      

   

VD4: Tính nguyên hàm

(2 1).ln (3 )

I  x x dx

(đạo hàm )

ln (3 )x

dấu (nguyên hàm) 2x1

 

3 x ln (3 )x

(đơn giản)

2 ln (3 )x

+ x2x

(đơn giản)

3x3

 

2 x ln(3 )x

(đơn giản)

ln(3 )x

-

3x 3 x

(đơn giản)

3x6 x

(đơn giản)

1

+

3x 6 x

(đơn giản)

3 6x 

0 -

3x 6 x

2

3 2

2

3

ln (3 ).( ) ln (3 ).( )

3

ln(3 ).( ) ( )

2

x

I x x x x x

x x

x x x C

   

    

VD5: Tính nguyên hàm ln (5 )

I  x dx

Ta biến đổi ln (5 ) (5 )5

I  x d x u5x ln5

I  udu (đạo hàm )

5 ln u

dấu (nguyên hàm)

4 ln u

u

(đơn giản)

4 ln u

+ u

(đơn giản)

5

ln u

u

(đơn giản)

3 ln u

- 5u

(đơn giản)

20

ln u

u

(đơn giản)

2 ln u

+ 20u

(đơn giản)

60 ln

2 u u

(đơn giản)

lnu

- 60u

(đơn giản)

120

u

(đơn giản)

1

+ 20u

(đơn giản)

120

0 - 120u

5

2

.[ ln ln 20 ln

60 ln 120 ln 120 ]

I u u u u u u

u u u u u C

   

   

5

2

.[ln (5 ) 5ln (5 ) 20 ln (5 ) 60 ln (5 ) 120 ln(5 ) 120]

x x x x

x x C

  

   

Dạng 4: Nguyên hàm lặp (tích phân lặp)

Nếu ta tính nguyên hàm (tích phân) theo sơ đồ đường chéo mà lặp lại nguyên hàm ban đầu cần tính (theo hàng ngang) thì dừng lại ở hàng đó, không tính tiếp nữa

1 Dấu hiệu dừng lại : nhận thấy cùng hàng ngang tích của phần tử ở cột (không kể dấu và hệ số) giống nguyên hàm ban đầu cần tính Ghi kết quả (nhân theo đường chéo) các ví dụ

VD1: Tính nguyên hàm I sin x e dxx (đạo hàm )

sinx

dấu (nguyên hàm) x

e

cosx + x

e

sinx

 -

+

x

e (dừng lại)

sin x cos x ( sin ) x

I x e x e x e dx C

      

(sin cos ) sin

x x

e x x x e dx C

    

1

(sin cos )

x

I e x x C

   

VD2: Tính nguyên hàm 2

.sin ( ) x

I e  x dx

Ta biến đổi

2

2 2

1

1 cos(2 ) 1 1

2

.sin(2 )

2 2

x

x x x x e

I e dx e dx e x dx I C

                            1

.sin(2 ) (2 )

x

I  e  x d x

u2x

1 1 sin u

I  e  udu (đạo hàm )

sinu

dấu (nguyên hàm)

u e 

cosu + u

e  sinu  - + u

e  (dừng lại)

1

1

1

(sin cos ) sin

4

u u

I e  u u u e du C

     





1

2 1

(sin cos )

1

sin(2 ) cos(2 )

u x

e u u C

e x x C

       





2 1

sin(2 ) cos(2 )

4

x

x e

I e x x C





    

IV. BÀI TẬP VẬN DỤNG (sưu tầm và biên soạn) (Nguồn : Thầy Nguyễn Hà Hưng)

Câu 1. Nguyên hàm

.ln (5 ) ( )

I



x xd x F x C Giá trị của F e( ) bằng :

A. 2 e B e  C. e D 2 e 

Câu 2. Nguyên hàm

.sin cos ( )

I



x x xdxF x C Giá trị của F( ) bằng :

A

3 

 B.

3

 C  D 

Câu 3. Nguyên hàm I



ex.cos(2 )x dxF x( )C Giá trị của F(0) bằng :

A

5

 B 2

5 C

2

 D.

(Nguồn : Thầy Lương Văn Huy)

Câu 4. Nguyên hàm (x 2)sin 3xdx (x a)cos 3x sin 3x 2017

b c



    



thì tổng S ab c  bằng :

A.S14 B. S15 C S3 D S10

Câu 5. Nguyên hàm 2

x ( ) x

x e dx x mx n e C



thì giá trị của mnlà :

A.6 B 4 C 0 D. 4

Câu 6. Biết

0

4 15

.ln ln

4

x a

I x dx c

x b

  

     



 



, với a b c, ,  * và phân số a

btối giản Tìm khẳng định đúng :

A.a b 2c B b b 3c C. a b c  D a b 4c

Câu 7. Biết

2

1

( ).ln ln

a b

I x x xdx

c





   , với *

, ,

a b c và phân số b

ctối giản Tính tổng S ab c  bằng :

A.806 B 559 C 1445 D 1994

Câu 8. Biết

2

0

.sin(3 )

x a b e

I e x dx

c 

 





 , chọn khẳng định đúng :

A. a, b, c là số nguyên tố B. a, c là số nguyên tố

C. b, c là số nguyên tố D. a, b là số nguyên tố (Nguồn : Ngô Quang Chiến)

Câu 9. Hàm số

( ) ( ) x

f x  ax bx c e  một nguyên hàm của g x( )x(1x e) x Tính tởng a + b + c :

A.4 B 2 C. D 1

Câu 10. Nguyên hàm

( 2)(4 cos cos ) (cos ) ( )

I  



x  x x x d x F x C Giá trị của F(0) bằng :

A

64

 B.

64 C

9 32