1. Trang chủ
  2. » Văn bán pháp quy

Nguyên hàm và tích phần hàm lượng giác

32 302 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Qua 5 ví dụ trên ta đã phần nào hiểu được phương pháp làm các bài tập của dạng toán này, mấu chốt là đưa về nguyên hàm tích phân hàm đa thức qua các phép biến đổi và thêm bớt, và đồng th[r]

(1)

HÀM LƯỢNG GIÁC

CHINH PHỤC OLYMPIC TOÁN

Nguyễn Minh Tuấn ft Phạm Việt Anh

(2)

Chương 1

Các dạng toán phương pháp

1 Các dạng toán bản

Dạng

Tính tích phân tổng quát sau

I1 =

Z

(sinx)ndx;I2

Z

(cosx)ndx

Phương pháp

Ta ý công thức hạ bậc sau

sin2x= 1−cos 2x ; cos

2x= + cos 2x

2 ; sin3x= −sin 3x+ sinx

4 ; cos

3x= cos 3x+ cosx

4

Nếu n chẵn hoặcn = ta sử dụng cơng thức hạ bậc triệt để Nếu n lẻ lớn ta sử dụng phép biến đổi sau

Biến đổi Ta có

I1 =

Z

(sinx)ndx =

Z

(sinx)2p+1dx=

Z

(sinx)2psinxdx=− Z

1−cos2xpd(cosx) =−

Z

Cp0−Cp1cos2x+ .+ (−1)kCpk cos2xk+ .+ (−1)pCpp cos2xp

d(cosx) =− Cp0cosx−

3C

1

pcos3x+ .+

(−1)k 2k+ 1C

k

p(cosx) 2k+1

+ .+ (−1)

p

2p+ 1C

p

p(cosx) 2p+1

!

+C Biến đổi Ta có

I2 =

Z

(cosx)ndx=

Z

(cosx)2p+1dx=

Z

(cosx)2pcosxdx=

Z

(3)

=

Z

Cp0−Cp1sin2x+ .+ (−1)kCpk sin2xk+ .+ (−1)pCpp sin2xpd(sinx) = Cp0sinx−

3C

1 psin

3x+ .+ (−1) k

2k+ 1C

k p(sinx)

2k+1

+ .+ (−1)

p

2p+ 1C

p p(sinx)

2p+1

!

+C

Nhìn chung dạng tốn khơng khó, khó phép biến đổi tương đối dài cồng kềnh ,và mấu chốt hạ bậc để đưa nguyên hàm Sau ta tìm hiểu ví dụ phần này!

Tìm nguyên hàm sau

• I =

Z

cos6xdx

• I =

Z

(sin 5x)9dx

• I =

Z

(cos 2x)13dx

• I =

Z

(3 + cosx)5dx

Bài

Lời giải

1 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

cos6xdx=

Z

cos2x3dx=

Z

1 + cos 2x

2

3

dx

=

Z

(1 + cos 2x)3dx=

Z

1 + cos 2x+ 3cos22x+ cos32x

dx

=

Z

1 + cos 2x+ (1 + cos 4x) +

cos 3x+ cosx

4

dx

= 16

Z

(7 + 12 cos 2x+ 12 cos 4x+ cos 3x+ cosx)dx

= 16

7x+ sin 2x+ sin 4x+1

3sin 3x+ sinx

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(sin 5x)9dx=

Z

(sin 5x)8(sin 5x)dx=−1

5

Z

1−cos25x4d(cos 5x) =−1

5

Z

(4)

=−1

5

cos 5x−

3cos

35x+6

5cos

55x−

7cos

75x+1

9cos

95x

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(cos 2x)13dx=

Z

(cos 2x)12cos 2xdx=

Z

1−sin22x6d(sin 2x) 1−6sin22x+ 15sin42x−20sin62x+ 15sin82x−6sin102x+ sin122xd(sin 2x) =

2

sin 2x−2sin32x+ 3sin52x−20

7 sin

72x+

3sin

92x−

11sin

112x+

13sin

132x

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(3 + cosx)5dx=

Z

35 + 5.34cosx+ 10.33cos2x+ 10.32cos3x+ 5.3cos4x+ cos5xdx

=

Z

243 + 405 cosx+ 135 (1 + cos 2x) + 45

2 (cos 3x+ cosx) + 15

2 (1 + cos 2x)

2

+ cos5x

dx

=

Z

378 +945

2 cosx+ 135 cos 2x+ 45

2 cos 3x+ 15

2

1 + cos 2x+1 + cos 4x

+ cos5x

dx

=

Z

1557 +

945

2 cosx+ 150 cos 2x+ 45

2 cos 3x+ 15

4 cos 4x

dx+

Z

cos4xcosxdx

=

Z

(1557 + 1890 cosx+ 600 cos 2x+ 90 cos 3x+ 15 cos 4x)dx+

Z

1−sin2x2d(sinx) =

4

1557x+ 1890 sinx+ 300 sin 2x+ 30 sin 3x+ 15 sin 4x

+

Z

1−2sin2x+ sin4xd(sinx) =

4

1557x+ 1894 sinx+ 300 sin 2x+ 30 sin 3x+15

4 sin 4x− 3sin

3x+4

5sin

5x

+C

(5)

Dạng

Đôi làm tính tích phân ta bắt gặp tốn liên tuan tới tích biểu thức sinx,cosxkhi ta sử dụng cơng thức biến tích thành tổng để giải tốn Sau cơng thức cần nhớ

I =

Z

(cosmx) (cosnx)dx =

Z

(cos (m−n)x+ cos (m+n)x)dx I =

Z

(sinmx) (sinnx)dx=

Z

(cos(m−n)x−cos (m+n)x)dx I =

Z

(sinmx) (cosnx)dx=

Z

(sin (m+n)x+ sin (m−n)x)dx I =

Z

(cosmx) (sinnx)dx=

Z

(sin (m+n)x−sin (m−n)x)dx

Nhìn chung dạng tốn bản, sau ta tìm hiểu tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z

(cosx)3sin 8xdx

• I =

Z

(cos 2x)13dx Bài

Lời giải

1 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(cosx)3sin 8xdx=

Z (3 cosx+ cos 3x)

4 sin 8xdx =

4

Z

(3 cosxsin 8x+ cos 3xsin 8x)dx

=

Z

(3 cosxsin 8x+ cos 3xsin 8x)dx

=

Z

3

2(sin 9x+ sin 7x) +

2(sin 11x+ sin 5x)

dx

=−1

8

3

9cos 9x+

7cos 7x+

11cos 11x+ 5cos 5x

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(sinx)4(sin 3x) (cos 10x)dx=

Z

(6)

=

Z

1−2 cos 2x+ cos22x

(sin 13x+ sin 7x)dx

=

Z

1−2 cos 2x+ + cos 4x

(sin 13x+ sin 7x)dx

= 16

Z

(3−4 cos 2x+ cos 4x) (sin 13x+ sin 7x)dx

=

Z

(3 (sin 13x+ sin 7x)−4 cos 2x(sin 13x+ sin 7x) + cos 4x(sin 13x+ sin 7x))dx

=

Z

(3 (sin 13x+ sin 7x)−2 (sin 15x+ sin 11x+ sin 9x+ sin 5x) +

Dạng

Tính tích phân tổng quátI =

Z

sinmxcosnxdx

Phương pháp

Trường hợp Nếum, n số nguyên

Nếu m n chẵn dùng cơng thức hạ bậc biến tích thành tổng Nếu m chẵn vàn lẻ ta biến đổi

I =

Z

(sinx)m(cosx)2p+1dx=

Z

(sinx)n(cosx)2pcosxdx=

Z

(sinx)m 1−sin2xpd(sinx) =

Z

(sinx)mCp0−Cp1sin2x+ .+ (−1)kCpk sin2xk+ .+ (−1)pCpp sin2xpd(sinx) =Cp0(sinx)

m−1 m+ −C

1 p

(sinx)m+3

m+ + .+ (−1)

k

Cpk(sinx) 2k+1+m

2k+ +m + .+ (−1) p

Cpp(sinx) 2p+1+m

2p+ +m +C

Nếu m lẻ vàn chẵn ta biến đổi tương tự trường hợp

Nếu m lẻ n lẻ dùng ta tách biểu thức sinx cosx để đưa vào dấu vi phân

Trường hợp Nếum, n số hữu tỷ

(7)

Tìm nguyên hàm sau

• I =

Z

(sinx)2(cosx)4dx

• I =

Z

(sin 3x)10(cos 3x)5dx

• I =

Z

(sin 5x)9(cos 5x)111dx

• I =

Z (sin 3x)7

5

cos43xdx Bài

Lời giải

1 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(sinx)2(cosx)4dx=

Z

(sin 2x)2(cosx)2dx

= 16

Z

(1−cos 4x) (1 + cos 2x)dx= 16

Z

(1 + cos 2x−cos 4x−cos 2xcos 4x)dx

= 16

Z

1 + cos 2x−cos 4x−

2(cos 6x+ cos 2x)

dx

= 32

Z

(2 + cos 2x−2 cos 4x−cos 6x)dx= 32

2x+sin 2x −

sin 4x

2 − sin 6x

6

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(sin 3x)10(cos 3x)5dx=

Z

(sin 3x)10(cos 3x)4cos 3xdx

=

Z

(sin 3x)10 1−sin23x2d(sin 3x) =

Z

(sin 3x)10 1−2sin23x+ sin43xd(sin 3x) =

3

Z

0

(sin 3x)10−2(sin 3x)12+ (sin 3x)14d(sin 3x) =

3

(sin 3x)11 11 −

2(sin 3x)13 13 +

(sin 3x)15 15

!

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(sin 5x)9(cos 5x)111dx=

Z

(cos 5x)111(sin 5x)8sin 5xdx

= −1

Z

(8)

=−1

5

Z

(cos 5x)111 1−4cos25x+ 6cos45x−4cos65x+ cos85x

d(cos 5x) =−1

5

(cos 5x)112 112 −

4(cos 5x)114 114 +

6(cos 5x)116 116 −

4(cos 5x)118 118 +

(cos 5x)120 120

!

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z (sin 3x)7

5

cos43xdx=

Z

(cos 3x)−51(sin 3x)6sin 3xdx

= −1

Z

(cos 3x)−54 1−cos23x3d(cos 3x)

= −1

Z

(cos 3x)−54 1−3cos23x+ 3cos43x−cos63xd(cos 3x)

= −1

5(cos 3x)15 −15

11(cos 3x)

11 +15

21(cos 3x)

21 −

31(cos 3x)

31

+C Dạng

Tính tích phân tổng quát

I1 =

Z

(tanx)ndx;I2 =

Z

(cotx)ndx(n ∈N)

Phương pháp

Trong toán ta cần ý tới công thức sau

Z

tanxdx=

Z

sinx

cosxdx=−

Z

d(cosx)

cosx =−ln|cosx|+C;

Z

cotxdx=

Z

cosx

sinxdx=

Z

d(sinx)

sinx = ln|sinx|+c;

Z

1 + tan2xdx=

Z

dx

cos2x =

Z

d(tanx) = tanx+C;

Z

1 + cot2x

dx=−

Z dx

sin2x =−

Z

d(cotx) =−cotx+C

Để làm tốn tính

Z

(tanx)ndx ta cần cố gắng tách dạng tanmx(tan2x+ 1) đến

cuối để đưa toán

(9)

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z

(tanx)8dx

• I =

Z

(tan 2x)13dx

• I =

Z

(cotx)12dx

• I =

Z

(cot 4x)9dx

• I =

Z

(tanx+ cotx)5dx Bài

Lời giải

1 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(tanx)8dx=

Z

(tanx)6 + tan2x−(tanx)4 + tan2x+ (tanx)2 + tan2x−(tanx)0 + tan2x+ 1dx

=

Z

(tanx)6−(tanx)4+ (tanx)2−(tanx)0d(tanx) +

Z

dx

= (tanx)

7

7 −

(tanx)5 +

(tanx)3 −

tanx

1 +x+C

2 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(cotx)12dx

=

Z

(cotx)10 + cot2x−(cotx)8 + cot2x+ (cotx)6 + cot2x

−(cotx)4 + cot2x

+ (cotx)2 + cot2x

−(cotx)0 + cot2x

+ =−

Z

(cotx)10−(cotx)8+ (cotx)6 −(cotx)4 + (cotx)2−(cotx)0d(cotx) +

Z

dx

=− (cotx)

11

11 −

(cotx)9 +

(cotx)7 −

(cotx)5 +

(cotx)3 −

cotx

1

!

+x+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(tan 2x)13dx

=

Z

(10)

−(tan 2x)5 + tan22x+ (tan 2x)3 + tan22x−tan 2x + tan22x+ tan 2x

=

Z

(tan 2x)11−(tan 2x)9+ (tan 2x)7−(tan 2x)5+ (tan 2x)3−tan 2xd(tan 2x)+

Z

tan2xdx

=

(tan 2x)12 12 −

(tan 2x)10 10 +

(tan 2x)8 −

(tan 2x)6 +

(tan 2x)4 −

(tan 2x)2

2 −ln|cos 2x|

!

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(cot 4x)9dx=

Z

(cot 4x)7 + cot24x−(cot 4x)5 + cot24x+ +(cot 4x)3 + cot24x−(cot 4x) + cot24xdx+ cot 4x

=−1

4

Z

(cot 4x)7−(cot 4x)5+ (cot 4x)3−(cot 4x)

d(cot 4x) +

Z

cot 4xdx

= −1

(cot 4x)8 −

(cot 4x)6 +

(cot 4x)4 −

(cot 4x)2

!

+1

4ln|sin 4x|+C

5 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(tanx+ cotx)5dx=

Z

(tanx)5+ 5(tanx)4cotx+ 10(tanx)3(cotx)2 +10(tanx)2(cotx)3+ 5tgx(cotx)4+ (cotx)5

=

Z

(tanx)5+ (cotx)5+ 5(tanx)3 + 5(cotx)3+ 10 tanx+ 10 cotxdx

=

Z

(tanx)5+ 5(tanx)3+ 10 tanxdx+

Z

(cotx)5+ 5(cotx)3+ 10 cotxdx

=

Z

(tanx)3 + tan2x+ tanx + tan2x+ tanxdx

+

Z

(cotx)3 + cot2x+ cotx + cot2x+ cotxdx

=

Z

(tanx)3+ tanxd(tanx) +

Z

tanxdx− Z

(cotx)3+ cotxd(cotx) +

Z

cotxdx

= (tanx)

4

4 + 2tan

2x−6 ln|cosx| − (cotx)

4 −2cot

2x+ ln|sinx|+C

(11)

Dạng

Tính tích phân tổng quát

I =

Z (tanx)m

(cosx)ndx, I =

Z (cotx)m

(sinx)ndx

Phương pháp

Ta xét dạng I =

Z

(tanx)m

(cosx)ndx dạng tương tự

Trường hợp Nếu m, nchẵn ta biến đổi sau

I =

Z

(tanx)m (cosx)ndx=

Z

(tanx)m

1 cos2x

k−1

dx

cos2x =

Z

(tanx)m + tan2xk−1d(tanx) =

Z

(tanx)mCk0−1+Ck1−1 tan2x1

+ .+Ckp−1 tan2xp

+ .+Ckk−−11 tan2xk−1

d(tanx) =Ck0−1(tanx)

m+1

m+ +C

1 k−1

(tanx)m+3

m+ + .+C

p k−1

(tanx)m+2p+1

m+ 2p+ + .+C

k−1 k−1

(tanx)m+2k−1

m+ 2k−1 +C

Trường hợp Nếu m n lẻ ta biến đổi sau

I =

Z (tanx)2k+1

(cosx)2h+1dx=

Z

(tanx)2k

1 cosx

2h

tanx

cosxdx=

Z

tan2xk

1 cosx

2h

sinx

cos2xdx

=

Z

1 cos2x −1

k

1 cosx

2h

d

1 cosx

=

Z

u2−1k

u2hdu

u= cosx

=

Z

u2hCk0 u2k−Ck1 u2k−1+ .+ (−1)pCkp u2k−p+ .+ (−1)kCkkdu

=Ck0 u

2k+2h+1

2k+ 2h+ 1−C

1 k

u2k+2h−1

2k+ 2h−1+ .+ (−1)

p

Ckp u

2k+2h−2p+1

2k+ 2h−2p+ 1+ .+ (−1)

k Ckk u

2h+1

2h+ 1+C

Trường hợp Nếu m chẵn vàn lẻ ta biến đổi sau

I =

Z

(tanx)2k (cosx)2h+1dx=

Z

(sinx)2kcosx

(cosx)2(k+h+1)dx=

Z

(sinx)2k 1−sin2xk+h+1

d(sinx)

Đặt u= sinx ta có

I =

Z u2kdu

(1−u2)k+h+1 =

Z u2k−2[1−(1−u2)]

(1−u2)k+h+1 du=

Z u2k−2du

(1−u2)k+h+1 −

Z u2k−2du

(1−u2)k+h

(12)

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z (cot 5x)10

(sin 5x)8 dx

• I =

Z (tan 4x)7

(cos 4x)95dx

• I =

Z

(cot 3x)9 (sin 3x)41dx

• I =

Z

(tan 3x)7 (cos 3x)6dx

Bài

Lời giải

1 Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(cot 5x)10 (sin 5x)8 dx=

Z

(cot 5x)10

1 (sin 5x)2

3

dx

(sin 5x)2 =−1

5

Z

(cot 5x)101 + cot25x3d(cot 5x) =−1

5

Z

(cot 5x)10 + 3(cot 5x)2+ 3(cot 5x)4+ (cot 5x)6d(cot 5x) =−1

5

"

(cot 5x)11 11 +

(cot 5x)13 13 +

(cot 5x)15 15 +

(cot 5x)17 17

#

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(tan 4x)7 (cos 4x)95dx=

Z

(tan 4x)6

1 cos 4x

94

tan 4x

cos 4xdx

=

Z

1

(cos 4x)2 −1

3

1 cos 4x

94

d

1 cos 4x

=

Z

u94 u2−13

du

=

Z

u94 u6−3u4+ 3u2−1

du=

u101

101 −3

u99

99 +

u97

97 −

u95

95

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z (cot 3x)9

(sin 3x)41dx=

Z

(cot 3x)8

1 sin 3x

40

cot 3x

sin 3xdx

=−1

3

Z

1 sin2x −1

4

1 sin 3x

40

d

1 sin 3x

=−1

3

Z

(13)

=−1

3

Z

u40 u8−4u6+ 6u4−4u2+ 14

du=−1

3

u49

49 −4

u47

47 +

u45

45 −4

u43

43 +

u41

41

+C Biến đổi nguyên hàm ta có

I =

Z

(tan 3x)7

1 (cos 3x)2

2

dx

(cos 3x)2 =

Z

(tan 3x)7 + tan23x2d(tan 3x) =

3

Z

(tan 3x)71 + 2(tan 3x)2+ (tan 3x)4d(tan 3x) =

3

"

(tan 3x)8 +

(tan 3x)10 10 +

(tan 3x)12 10

#

+C

Tóm lại Qua ví dụ ta thấy đó, mấu chốt cơng thức lượng giác phân tích hợp lý, phần hướng dẫn có đầy đủ Tương tự phần trước tập tự luyện có lẽ khơng cần bạn tự nghĩ câu để làm Ta chuyển tiếp sang phần sau!

2 Các dạng toán biến đổi nâng cao

Các tốn ngun hàm tích phân lượng giác phong phú khơng dừng lại dạng tốn bên Ở phần ta tìm hiểu dạng toán nâng cao hơn, với phép biến đổi phức tạp Sau vào dạng toán cụ thể!

Dạng

Tính tích phân tổng quát I =

Z dx

sin (x+a) sin (x+b)

Phương pháp

Dùng đồng thức

1 = sin (a−b) sin (a−b) =

sin [(x+a)−(x+b)] sin (a−b) =

sin (x+a) cos (x+b)−cos (x+a) sin (x+b) sin (a−b)

Từ suy

I = sin (a−b)

Z sin (x+a) cos (x+b)−cos (x+a) sin (x+b)

sin (x+a) sin (x+b) dx =

sin (a−b)

Z

cos (x+b) sin (x+b) −

cos (x+a) sin (x+a)

dx

=

sin (a−b)[ln|sin (x+b)| −ln|sin (x+a)|] +C

(14)

• J =

Z

dx

cos (x+a) cos (x+b) cách dùng đồng thức =

sin (a−b) sin (a−b)

• K =

Z

dx

sin (x+a) cos (x+b) cách dùng đồng thức =

cos (a−b) cos (a−b)

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z dx

sinxsin x+π6

• I =

Z

dx

cos 3xcos 3x+ π6

• I =

Z dx

sin x+ π3cos x+ 12π

Bài

Lời giải

1 Ta có

1 = sinπ

6 sinπ

=

sinhx+π

−xi

2

=

h

sin

x+ π

cosx−cos

x+π

sinx

i

⇒I =

Z h

sinx+ π

cosx−cos x+π6sinxi

sinxsinx+ π

dx=

Z 

cosx

sinx −

cosx+ π

sinx+ π

dx

=

Z d(sinx)

sinx −2

Z d

sinx+π

sinx+π

= ln

sinx

sinx+π

+C Ta có

1 = sinπ

6 sinπ

=

sinh3x+ π

−3xi

1

= 2hsin3x+ π

cos 3x−cos3x+ π

sin 3xi

⇒I =

Z h

sin3x+ π

cos 3x−cos3x+π

sin 3xi

cos 3xcos 3x+ π6 dx =

Z sin

3x+π

cos3x+π

dx−2

Z sin 3x

(15)

=−2

3

Z d

cos3x+ π

cos

3x+ π

+

2

Z

d(cos 3x) cos 3x =

2 3ln

cos 3x

cos

3x+ π

+C Ta có

1 = cos

π

cosπ

=

coshx+π

−x+ π 12

i √

2 =√2hcosx+ π

3

cosx+ π 12

+ sinx+ π

sinx+ π 12

i

⇒I =√2

Z cos

x+π

cosx+ π 12

+ sinx+π

sinx+ π 12

sinx+ π

cosx+ π 12

dx

=√2

Z cos

x+π

sinx+ π

dx+

2

Z sin

x+ π 12

cosx+ π 12

dx

=√2

Z d

sinx+ π

sinx+ π

2

Z d

cosx+ π 12

cosx+ π 12

=

2 ln

sinx+ π

cosx+ π 12

+C Dạng

Tính tích phân tổng quát I =

Z

tan (x+a) tan (x+b)dx

Phương pháp

Ta có

tan (x+a) tan (x+b) = sin (x+a) sin (x+b) cos (x+a) cos (x+b) = sin (x+a) sin (x+b) + cos (x+a) cos (x+b)

cos (x+a) cos (x+b) −1 =

cos (a−b)

cos (x+a) cos (x+b) −1

Từ suy I = cos (a−b)

Z

dx

cos (x+a) cos (x+b)−1

Đến ta gặp tốn tìm ngun hàm Dạng Chú ý Với cách này, ta tính nguyên hàm

• J =

Z

cot (x+a) cot (x+b)dx

• K =

Z

(16)

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z

cotx+π

cotx+π

dx

• K =

Z

tan

x+π

cot

x+π

dx Bài

Lời giải

1 Ta có

cotx+π

cotx+ π

=

cosx+ π

cosx+π

sinx+ π

sinx+ π

=

cosx+ π

cosx+π

+ sinx+ π

sinx+ π

sinx+ π

sinx+ π

−1

= cos

h

x+π

−x+π

i

sin

x+ π

sin

x+π

−1 =

√ sin

x+ π

sin

x+ π

−1

Từ ta tính

I = √ Z sinx+ π

3

sinx+ π dx− Z dx= √

2 I1−x+C

Bây ta tính I1 =

Z

dx

sinx+ π

sinx+π Ta có = sinπ sinπ =

sinhx+ π

−x+π i = h sin

x+ π

cos

x+ π

−cos

x+π

sin

x+π

i

Từ suy

I1 =

Z sin

x+ π

cos

x+π

−cos

x+π

sin

x+ π

sin

x+ π

sin

x+ π

dx

=

Z cos

x+ π

sinx+π

dx−2

Z cos

x+ π

sinx+π

dx= ln

sinx+π

(17)

Như

I =

3 2 ln

sinx+π

sinx+π

−x+C =√3 ln

sinx+π

sinx+π

−x+C Ta có

tanx+π

cotx+ π

=

sinx+ π

cosx+π

cosx+ π

sinx+π

=

sinx+ π

cosx+ π

−cosx+π

sinx+ π

cosx+π

sinx+ π

+

=

sinhx+π

−x+π

i

cosx+π

sinx+π

+ =

1

1 cosx+π

3

sinx+π

+

Như ta

K =

Z 1

cosx+π

sinx+ π

dx+

Z

dx=

2K1+x+C

Ta tính

K1 =

Z

dx

cosx+π

sinx+ π = √ 3ln

sinx+ π

cosx+ π +C

⇒K =

√ 3 ln

sinx+π

cosx+π

+x+C Dạng

Tính tích phân tổng quát I =

Z dx

asinx+bcosx

Phương pháp

Ta biến đổi

asinx+bcosx=√a2+b2

a

a2+b2 sinx+ b

a2+b2 cosx

⇒asinx+bcosx=√a2+b2sin (x+α)

⇒I = √

a2+b2

Z dx

sin (x+α) =

a2+b2 ln

(18)

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z 2dx

3 sinx+ cosx

• J =

Z

dx

cos 2x−√3 sin 2x Bài

Lời giải

1 Ta có

I =

Z 2dx

3 sinx+ cosx =

Z dx

3

2 sinx+ 2cosx

=

Z dx

sinxcosπ

6 + cosxsin

π

6 =

Z dx

sinx+π

=

Z d

x+π

sinx+π

= ln

tan

x+π

+C = ln

tan

x

2 +

π

12

+C

2 Ta có

J =

Z

dx

cos 2x−√3 sin 2x =

1

Z

dx

1

2cos 2x−

3 sin 2x =

2

Z dx

sinπ

6cos 2x−cos

π

6sin 2x =

2

Z dx

sinπ −2x

=−

1

Z d

π

6 −2x

sinπ −2x

=−1

4ln

tan

π

6 −2x

+C =−1

4ln

tan

π

12 −x

+C

Dạng

Tính tích phân tổng quát I =

Z

dx

(19)

Phương pháp

Đặt tanx

2 =t ⇒

         

        

dx= 2dt +t2

sinx= 2t +t2

cosx= 1−t

2

1 +t2

tanx= 2t 1−t2

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z

dx

3 cosx+ sinx+

• J =

Z 2dx

2 sinx−cosx+

• K =

Z

dx

sinx+ tanx

• I =

Z π2

0

ln

1 + sinx

1 + cosx

dx Bài

Lời giải

1 Ta đặt

tanx

2 =t⇒

      

     

dx= 2dt +t2

sinx= 2t +t2

cosx= 1−t

2

1 +t2

Từ ta có

I =

Z

2dt

1 +t2

3.1−t

1 +t2 +

2t

1 +t2 +

=

Z

2dt

3−3t2+ 10t+ + 3t2

=

Z

2dt

10t+ =

Z

d(5t+ 3) 5t+ =

1

5ln|5t+ 3|+C = 5ln

tan

x

2 +

+C

2 Đặttan x

2 =t⇒

  

 

dx= 2dt +t2

sinx= 2t

1 +t2,cosx=

1−t2

1 +t2

⇒J =

Z

2dt

1 +t2

2 2t

1 +t2 −

1−t2

1 +t2 +

=

Z 4dt

4t−1 +t2+ +t2 =

Z 4dt

2t2+ 4t =

Z dt

(20)

=

Z

1

t −

1

t+

dt= ln|t| −ln|t+ 2|+C= ln

tan

x

2

−ln

tan

x

2 +

+C

3 Đặttan x

2 =t⇒

  

 

dx= 2dt +t2

sinx= 2t

1 +t2,tanx=

2t

1−t2

⇒K =

Z

2dt

1 +t2

2t

1 +t2 +

2t

1−t2

=

Z 1−t2 t dt =

1

Z dt

t −

1

Z

tdt

=

2ln|t| − 4t

2+C =

2ln

tan

x

2

1 4tan

2x

2 +C

4 Biến đổi giả thiết ta

Z π2

0

ln

1 + sinx

1 + cosx

dx=

Z π2

0

ln

sin2x

+ cos2x

2

+ sinx 2cos

x

2 2cos2x

2

dx

=

Z π2

0

lntan2x

2 + tan

x

2 +

dx

Đặt

tanx

2 =t ⇒I =

Z

0

t2+ 1ln t2+t+ 1dt

Đến sử dụng tích chất

Z b

a

f(x)dx =

Z b

a

f(a+b−x)dx ta tính tích phân cần tính

Cách Ta có

I =

Z π2

0

ln(1 + sinx)dx− Z π2

0

ln(1 + cosx)dx

Sử dụng tích phân phần ta có

Z π2

0

ln(1 + sinx)dx= π ln 2−

Z π2

0

xcosx

1 + sinxdx

Z π2

0

ln(1 + cosx)dx=

Z π2

0

xsinx

1 + cosxdx

⇒I = π 2ln 2−

Z π2

0

xcosx

1 + sinxdx+

Z π2

0

xsinx

1 + cosxdx

!

Từ ta tính

Z π2

0

xcosx

1 + sinxdx Đặtt = π

2 −x ta

Z π2

0

xcosx

1 + sinxdx = π

2

Z π2

0

sinx

1 + cosxdx−

Z π2

0

xsinx

1 + cosxdx⇒I = Dạng

Tính tích phân tổng quát I =

Z

dx

(21)

Phương pháp

Ta biến đổi dạng I =

Z dx

(atan2x+btanx+c).cos2x

Ta đặt

tanx=t ⇒ dx

cos2x =dt ⇒I =

Z

dt at2+bt+c

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tìm ngun hàm sau

• I =

Z dx

3sin2x−2 sinxcosx−cos2x

• J =

Z

dx

sin2x−2 sinxcosx−2cos2x Bài

Lời giải

1 Ta có

I =

Z dx

3sin2x−2 sinxcosx−cos2x =

Z dx

(3tan2x−2 tanx−1) cos2x

Đặt

tanx=t⇒ dx

cos2x =dt⇒I =

Z

dt

3t2−2t−1 =

Z

dt

(t−1) (3t+ 1) =

4

Z

1

t−1 − 3t+

dt=

Z

dt t−1 −

1

Z

d(3t+ 1) 3t+ =

4ln

t−1 3t+

+C= 4ln

tanx−1 tanx+

+C Ta có

J =

Z dx

sin2x−2 sinxcosx−2cos2x =

Z dx

(tan2x−2 tanx−2) cos2x

Đặttanx=t⇒ dx

cos2x =dt

⇒J =

Z

dt

t2−2t−2 =

Z

d(t−1)

(t−1)2− √32 =

1 2√3ln

t−1−√3

t−1 +√3

+C

= 2√3ln

tanx−1−√3 tanx−1 +√3

(22)

Dạng

Xét tích phân tổng quát I =

Z

a1sinx+b1cosx a2sinx+b2cosx

dx

Phương pháp

Ta tìm A, B cho

a1sinx+b1cosx=A(a2sinx+b2cosx) +B(a2cosx−b2sinx)

Tìm nguyên hàm sau

• I =

Z

4 sinx+ cosx

sinx+ cosx dx

• J =

Z dx

sin2x−2 sinxcosx−2cos2x Bài

Lời giải

1 Ta tìm A, B cho sinx+ cosx=A(sinx+ cosx) +B(cosx−2 sinx)

⇒4 sinx+ cosx= (A−2B) sinx+ (2A+B) cosx⇒  

A−2B = 2A+B =

⇔  

A=

B =−1

Từ I =

Z 2 (sinx+ cosx)−(cosx−2 sinx)

sinx+ cosx dx

=

Z

dx− Z

d(sinx+ cosx)

sinx+ cosx = 2x−ln|sinx+ cosx|+C Ta tìm A, B cho cosx−2 sinx=A(cosx−4 sinx) +B(−sinx−4 cosx)

⇒3 cosx−2 sinx= (A−4B) cosx+ (−4A−B) sinx⇒  

A−4B = 4A+B =

⇔  

A = 1117

B =−10 17

Từ ta có

J =

Z

11

17(cosx−4 sinx)− 10

17(−sinx−4 cosx) cosx−4 sinx dx

= 11 17

Z

dx− 10

17

Z d(cosx−4 sinx)

cosx−4 sinx =

11 17x−

10

17ln|cosx−4 sinx|+C

Dạng

Xét tích phân tổng quát I =

Z

a(sinx)2+bsinxcosx+c(cosx)2

(23)

Phương pháp

Đặt S =a(sinx)2+bsinxcosx+c(cosx)2

Giả sử

S = (psinx+qcosx) (msinx+ncosx) +r sin2x+ cos2x

⇔S = (mp+r) (sinx)2+ (np+mq) sinxcosx+ (nq+r) (cosx)2

⇔     

   

mp+r=a np+mq =b nq+r=c

⇔     

   

mp+r =a np+mq=b mp−nq =a−c

⇔       

     

p= (a−c)m+bn

m2+n2 q = (a−c)n−bm

m2+n2 r = an

2+cm2−bmn m2+n2

Khi ta có

I =

Z

(a−c)m+bn

m2+n2 sinx+

(a−c)n−bm m2+n2 cosx

dx+an

2+cm2−bmn m2+n2

Z

dx

msinx+ncosx

= (a−c)n−bm

m2+n2 sinx−

(a−c)m+bn

m2+n2 cosx+

an2+cm2−bmn m2+n2

Z dx

msinx+ncosx

Tích phân cuối ta tìm hiểu dạng trước! Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tính tích phân sau

• I =

Z

π

3

0

(cosx)2dx

sinx+√3 cosx

• I =

Z 3√3−2(sinx)2 + 4√3 + 3sinxcosx+ 2(cosx)2

3 sinx+ cosx dx Bài

Lời giải

1 Giả sử

(cosx)2 = (asinx+bcosx)sinx+√3 cosx+c sin2x+ cos2x

⇔(cosx)2 = (a+c) (sinx)2+

a√3 +b

sinxcosx+

b√3 +c

(cosx)2

⇔a=−1

4;b=

3 ;c=

1

⇒I=

Z π3

0

3

2 cosx− 2sinx

!

dx+

Z π3

0

dx

(24)

=

Z π3

0

cosπ

6 cosx−sin

π

6 sinx

dx+1

Z π3

0

dx

cosπ

3 sinx+ sin

π

3cosx =

2

Z π3

0

cos

x+π

dx+

Z π3

0

dx

sinx+ π = 2sin

x+π + 8ln tan x + π π = + 8ln √ − − 8ln √ = + 4ln √

3 =

1 + ln√3

2 Giả sử

3√3−2

(sinx)2+

4√3 +

sinxcosx+ 2(cosx)2 = (asinx+bcosx) (3 sinx+ cosx) +c sin2x+ cos2x

⇔         

3a+c= 3√3−2 4a+ 3b= 4√3 + 4b+c=

⇔         

a=√3

b =

c=−2

⇒I =

Z π3

0

3

2 sinx+ 2cosx

!

dx−2

Z π3

0

dx

3 sinx+ cosx

=

Z π3

0

sinπ

3 sinx+ cos

π

3cosx

dx−2

5

Z π3

0

dx

sin arcsin3

sinx+ cos arcsin3

cosx

=

Z π3

0

cosx− π

3

dx−

5

Z π3

0

dx

cos (x−u) =

Z π3

0

cosx− π

3

dx−

5

Z π3

0

d[sin (x−u)] 1−sin2(x−u) =

1 2sin

x− π

3 − 5ln

1 + sin (x−u) 1−sin (x−u)

π = − √ − 5ln

1 + sinxcosu−sinucosx

1−sinxcosu+ sinucosx

π =− √ + 5ln

5−4 sinπ

3 + cos

π

3 + sinπ

3 −3 cos

π −

5ln = 5ln

13−4√3 + 4√3 −

3

Dạng

Xét tích phân tổng quát

I =

Z msinx+ncosx

a(sinx)2+ 2bsinxcosx+c(cosx)2dx

Phương pháp

Gọi λ1, λ2 nghiệm phương trình

a−λ b b c−λ

=

⇔λ2−(a+c)λ+ac−b2 = 0⇔λ1,2 =

a+c± q

(a−c)2 + 4b2

(25)

Biến đổi xíu:

a(sinx)2+ 2bsinxcosx+c(cosx)2 =λ1A21+λ2A22

= λ1 + b

2

(a−λ1)

cosx− b

a−λ1

sinx

2

+ λ2 + b2

(a−λ2)2

cosx− b

a−λ2

sinx

2

Đặt u1 = cosx− b a−λ1

sinx;u2 = cosx− b a−λ2

sinx;k1 =

1

a−λ1

;k2 = a−1λ2 A1 =

1

p

1 +b2k2

(cosx−bk1sinx) ;A2 =

1

p

1 +b2k2

(cosx−bk2sinx)

Để ý A21+A22 = ⇒λ1A21+λ2A22 = (λ1−λ2)A21+λ2 = (λ2−λ1)A22+λ1

Giả sử msinx+ncosx=p

sinx+ b

a−λ1 cosx

+q

sinx+ b

a−λ2 cosx

⇔  

p+q=m p a−λ1

+ q

a−λ2

= n

b

⇔p= bm−n(a−λ2)

b(λ2−λ1)

(a−λ1) ;q=

bm−n(a−λ1) b(λ1−λ2)

(a−λ2)

⇒I =

Z msinx+ncosx

a(sinx)2+ 2bsinxcosx+c(cosx)2dx=

Z −pdu

1

(λ1−λ2)A21+λ2

+

Z −qdu

2

(λ2−λ1)A22+λ1

=−p

q

1 +b2k2

Z dA

1

(λ1−λ2)A2 1+λ2

−q

q

1 +b2k2

Z dA

2

(λ2−λ1)A2 2+λ1

Sau ví dụ minh họa cho tốn

Tính tích phân sau

I =

Z (sinx+ cosx)dx

2sin2x−4 sinxcosx+ 5cos2x Bài

Lời giải

Gọi λ1, λ2 nghiệm phương trình

2−λ −2

−2 5−λ

= 0⇔λ1 = 1;λ2 =

Ta có:

2sin2x−4 sinxcosx+ 5cos2x=

5(cosx+ sinx)

2

+24

cosx−

2sinx

2

A1 =

1

5(cosx+ sinx) ;A2 =

5

cosx−1

2sinx

(26)

⇒I =

Z

(sinx+ cosx)dx

2sin2x−4 sinxcosx+ 5cos2x =

3

Z

(2 sinx+ cosx)dx

(2 cosx−sinx)2+ 1−

Z

(sinx−2 cosx)dx

6−(cosx+ sinx)2 =

5

Z d(sinx−2 cosx)

(sinx−2 cosx)2+ +

Z d(cosx+ sinx)

6−(cosx+ sinx)2 =

5arctan (sinx−2 cosx) + 10√6ln

6 + cosx+ sinx

6−cosx−2 sinx

+C Dạng

Biến đổi nâng cao với dạng tích phân

Z dx

(sinx)n

R dx

(cosx)n

Thực chất chia dạng tốn thành dạng tốn nhỏ tính ngun hàm tích phân ta gặp tốn kiểu này, muốn giới thiệu cho bạn cách để xử lý

Xét tốn

Z dx

(sinx)n

• I1 =

Z

dx

sinx =

Z

dx

2 sinx cos x = Z dx

2 tanx 2cos 2x = Z d tanx tanx = ln tan x +C

• I2 =

Z

dx

sin2x =

Z

−d(cotx) = −cotx+C

• I3 =

Z

dx

sin3x =

Z

dx

2 sinx2cosx23 =

Z

dx

8 tanx23 cosx26 =

Z 1 + tan2x

2

2

d tanx

tanx23 =

4

Z 1 + 2tan2x

2 + tan 4x

2

tanx23 =

" −1

2 tanx22 + ln

tan x + tan x 2 # +C

• I4 =

Z

dx

sin4x =−

Z

1 + cot2xd(cotx) =−

cotx+1 3cot

3x

+C

• I5 =

Z

dx

sin5x =

Z

dx

2 sinx2cosx25 =

Z

dx

32 tanx25 cosx210 =

16

Z 1 + tan2x

2

4

d tanx2 tanx25 =

1 16

Z 1 + 4tan2x

2 + 6tan 4x

2 + 4tan 6x

2 + tan 8x

2

tanx25 d

tanx = 16 " −1 tanx

2

4 −

2 tanx

2

2 + ln tan x + tanx 2 + tanx # +C

• I6 =

Z dx

sin6x =−

Z

1 + cot2x2d(cotx) =−

cotx+2 3cot

3x+

5cot

5x

(27)

• I7 =

Z dx

sin7x =

Z dx

2 sinx2cosx27 =

Z dx

27 tanx

7

cosx214 = 26

Z 1 + tan2x

2

6

d tan x2

tanx27 =

64

" −1 tanx

2

6 −

3 tanx

2

4 −

15 tan x

2

2 + 20 ln tan x + 15 tanx 2 + tanx +1 tanx +C

• I8 =

Z

dx

sin8x =−

Z

1 + cot2x3d(cotx) =− Z

1 + 3cot2x+ 3cot4x+ cot6xd(cotx) =−

cotx+ cot3x+ 5cot

5x+1

7cot

7x

+C

• I9 =

Z

dx

(sinx)2n+1 =

Z

dx

2 sinx2 cosx22n+1 =

Z

dx

22n+1 tanx

2n+1

cosx24n+2 = 22n

Z 1 + tan2x

2

2n

d tanx

tanx22n+1 =

22n

"

−C20n

2n tan x22n − .−

C2nn−1

2 tanx22 +C

n 2nln

tan x +C n+1 2n tanx 2

+ .+C

2n 2n 2n tanx 2n +C

• I10=

Z dx

sin2n+2x =−

Z

1 + cot2xnd(cotx) =−

Z h

Cn0+Cn1cot2x+ .+Cnk cot2xk+ .+Cnn cot2xnid(cotx) =−

C110 (cotx) + C

1 n

3 cot

3

x+ .+ C

k n

2k+ 1(cotx)

2k+1

+ .+ C

n n

2n+ 1(cotx)

2n+1

+C

Xét toán I =

Z

dx

(cosx)n

• I1 =

Z dx

cosx =

Z d x+ π

2

sin x+ π2 =

Z du

sinu =

Z du

2 sin u2 cosu2 =

Z du

2 tanu2cos2u

=

Z d tan u

2

tanu2 = ln

tan u

+C = ln

tan x + π +C

• I2 =

Z

dx

cos2x =

Z

(28)

• I3 =

Z

dx

cos3x =

Z d

x+ π

sin3

x+ π

=

Z

du

sin3u =

Z

du

2 sinu 2cos u = Z du tanu cosu =

Z 1 + tan2u

2

2

d tanu2 tanu = " −1 tanu

2

2 + ln tan u + tanu 2 # +C = " −1

2tan x2 +π42 + ln

tan x + π + h

tanx + π i2 # +C

• I4 =

Z dx

cos4x =

Z

1 + tan2xd(tanx) = tanx+ 3tan

3x+C I5 =

Z

dx

cos5x =

Z d x+π

2

sin5 x+ π2 = Z

du

sin5u

=

Z

du

2 sinu2 cosu25 =

Z

du

32 tanu25 cosu210 =

16

Z 1 + tan2u

4

d tanu2 tanu25

= 16

Z 1 + 4tan2u

2 + 6tan 4u

2 + 4tan 6u

2 + tan 8u

2

tanu25 d tanu = 16    −1 tanu − tanu

2 + ln tan u + tan u 2 + tanu  

+C

• I6 =

Z dx

cos6x =

Z

1 + tan2x2d(tanx) = tanx+ tan3x+1 5tan

5 x+C

• I7 =

Z

dx

cos7x =

Z d

x+ π

sin7x+ π

=

Z

du

sin7u =

Z

du

27tanu

2 cosu 14 = 26 Z

1 + tan2u

2

6

dtanu tanu = 26

Z + 6tan2

u

2 + 15tan

4u

2 + 20 tan

u

2 + 15tan

8u

2 + 6tan

10u

2 + tan

12u tanu d tanu = 64 " −1 tan u26 −

3

2 tan u24 −

15

2 tanu22 + 20 ln

(29)

• I8 =

Z

dx

cos8x =

Z

1 + tan2x3d(tanx) =R (1 + tanx2+ tanx4+ tanx6)d(tanx) = tanx+ tan3x+

5tan 5x+

7tan

7x+C

• I9 =

Z dx

cos2n+1x =

Z d x+π

2

sin2n+1x+π

=

Z du

(sinu)2n+1 =

Z du

2 sinu cos

u

2

2n+1

=

Z du

22n+1tanu

2

2n+1

cosu

4n+2 =

1 22n

Z

1 + tan2u

2

2n

dtanu

tanu

2n+1

= 22n

Z C0

2n+C21n+C21ntan2 u

2 + .+C n 2n tan2

u

n

+ .+C2n 2n tan2

u

2n

tan u22n+1

dtanu

= 22n

"

−C0 2n

2n tanu22n

− .− C

n−1 2n

2 tanu22

+C2nnln tan

u

2

+C

n+1 2n

2

tanu

2

+ .+C

2n 2n

2n

tanu

2n

+C

• I10=

Z

dx

cos2n+2x =

Z

1 + tan2xnd(tanx) =

Z

C110 +Cn1tan2x+ .+Cnk tan2xk+ .+Cnn tan2xnd(tanx) =

Cn0(tanx) + C

1 n

3 tanx

3+ .+ C k n

2k+ 1(tanx)

2k+1

+ .+ C

n n

2n+ 1(tanx)

2n+1

+C

Tóm lại Qua toán với lời giải kinh khủng làm bạn đọc choáng rồi, nhiên để ý có mấu chốt Đầu tiên dạng tương tự nên nói dạng Các bạn ý tới số mũ chẵn, mấu chốt sử dụng cơng thức theo tan sin, cịn số mũ lẻ ta sử dụng cách tách sinx = sindx

2 cos x

2

(30)

Chương 2

Bài Toán Đề Xuất

Tính nguyên hàm tích phân sau

Bài π

3

Z

π

4

tan4xdx Bài

π

2

Z

π

4

cos6x

sin4xdx Bài

π

4

Z

0

sin2x

cos6xdx Bài

π

2

Z

0

sin 2x

4−cos2xdx Bài

π

4

Z

0

1−2sin2x

1 + sin 2xdx Bài I =

π

2

Z

0

sin10x+ cos10x−sin4xcos4xdx Bài I =

π

3

Z

π

6

1 sinxsinx+ π

6

dx

Bài I =

π

2

Z

0

sin 2x+ sinx

1 + cosxdx Bài I =

π

2

Z

0

sin 2xcosx

(31)

Bài 10 I =

π

2

Z

0

sin 2x

cos2x+ 4sin2xdx Bài 11 I =

π

2

Z

0

cos 3x

sinx+ 1dx

Bài 12 I =

π

2

Z

0

cos 2x

(sinx−cosx+ 3)3dx

Bài 13 I =

π

4

Z

0

cos 2x

1 + sin 2xdx Bài 14 I =

π

6

Z

0

sin 3x−sin33x

(32)

Tài liệu tham khảo

Ngày đăng: 09/02/2021, 03:48

Xem thêm:

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w