GIẢI TÍCH
12
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
GV: PHAN NHẬT NAM
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CỦA NGUYÊN HÀM VÀ TÍCH PHÂN
I. NGUYÊN HÀM VÀ TÍCH PHÂN BẤT ĐỊNH
1. Định nghĩa:
Giả sử y f(x) liên tục trên khoảng (a, b), khi đó hàm số y F(x) là một nguyên hàm của hàm số y
f(x) khi và chỉ khi F(x) f(x), x(a, b).
Nếu y F(x) là một nguyên hàm của hàm số y f(x) thì tập hợp tất cả các nguyên hàm của hàm số y
f(x) là tập hợp I F( x ) c c R và tập hợp này còn được kí hiệu dưới dấu tích phân bất định
I f ( x )dx F( x ) c
2. Vi phân:
2.1 Giả sử y f(x) xác định trên khoảng (a, b) và có đạo hàm tại điểm x(a,b). Cho x một số
gia x sao cho (x + x) (a,b), khi đó ta có:
dy y x x
df x f x x
x
)
Nếu
3. Quan hệ giữa đạo hàm nguyên hàm và vi phân:
f x dx F x c F x f x dF x f x dx
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
2
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
4. Các tính chất của nguyên hàm và tích phân
4.1. Nếu f(x) là hàm số có nguyên hàm thì :
f x dx f x ; d f x dx f x dx
d F x F x c
4.2. Nếu F(x) có đạo hàm thì:
4.3. Phép cộng: Nếu f(x) và g(x) có nguyên hàm thì: f x g x dx f x dx g x dx
4.4. Phép trừ: Nếu f(x) và g(x) có nguyên hàm thì: f x g x dx f x dx g x dx
thể biểu diễn được dưới dạng hữu hạn.
II. TÍCH PHÂN XÁC ĐỊNH
1. Điều kiện khả tích: Các hàm liên tục trên [a, b], các hàm bị chặn có hữu hạn điểm gián đoạn trên [a, b] và
các hàm đơn điệu bị chặn trên [a, b] đều khả tích trên [a, b].
b
2. Ý nghĩa hình học: Nếu f(x) > 0 trên đoạn [a, b] thì
f x dx là diện tích của hình thang cong giới hạn bởi
a
các đường: y f(x), x a, x b, y 0
y
C3
N k-1
C 2 B2
C 1 B1
Ck
N1
Bk
Nk
Bk+1
f x dx g x dx .
a
a
Dấu bằng xảy ra f(x) g(x), x[a, b]
Công thức Newton - Leipnitz:
Nếu
f x dx F x c thì
b
f x dx F x
b
a
F b F a
a
b
a
b
b
f x dx g x dx
a
a
b
b
a
a
4.6. Phép nhân với một hằng số khác 0: kf x dx k f x dx , k 0
b
4.7. Công thức đảo cận tích phân:
f x dx
a
b
f x dx
c
4.9. Công thức đổi biến số: Cho y = f(x) liên tục trên đoạn [a, b] và hàm x (t) khả vi,
liên tục trên đoạn [m, M] và Min t a; Max t b ; m a; M b .
t m,M
b
Khi đó ta có:
a
f x dx
t m,M
M
f t t dt
m
1
u u ' dx u du
1
1
u'
u 1
c
1
1
x dx ln x C
u dx u du ln u C
e
u' e
x
dx e x C
u' cosudx cosudu sin u C
dx
cos
2
2
2
1
x
u ' dx
(tan 2 u 1)du tan u C
2
u
x
(tan 2 x 1)dx tan x C
cos
x
(cot 2 x 1)dx cot x C
cos ax b dx a sin ax b c
dx x c
(ax b) dx
dx
1 ax b
a 1
1
c,
1
1
ax b a ln ax b c
eax b dx
m
ax b
dx
a ln m
tan( ax b)dx
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
5
2
d (cos(ax b))
1
ln cos(ax b) c
a. cos(ax b)
a
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
dx
1
x
arctg c
2
2
a
d (sin( ax b)) 1
ln sin( ax b) c
a.sin( ax b)
a
b
ln ax b dx x a ln ax b x c
ln x x 2 a 2 c
dx
2
cot(ax b)dx
x
c
a
c
2
dx
1
ax b
c
2
sin ax b a ln tg
1 a x2 a2
ln
c
a
x
x x2 a2
dx
sin ax b a ln tg
eax cos bx dx
eax a cos bx b sin bx
c
a 2 b2
u
u u
dx ' dx d c
2
v
v
v v
u'
u
dx
u ' dx
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
u c
6
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
Các trường hợp riêng :
u' ( x) u( x)e dx u' ( x)e u( x).e 'dx u( x)e ' dx d u( x)e u( x)e c
x
x
ax b
ax b
x
ax b
ax b
dx u ' ( x)e v ( x ) u ( x) e v ( x ) ' dx d u ( x)e v ( x ) u ( x)e v ( x ) c
Bài tập áp dụng :
1.
x
2
e (tan x tan x 1)dx
7.
e
3.
x2 x 1
9.
11. e sin x dx
4
x 3 ( x 2)
e
12.
( x 1) 3
1 x2
x
7
12. 2
(HD:
)
9 x 12 x 4
3x 2 3x 2
(3x 2) 2
b 1
2 a b 3
V.2 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG BẢN NGUYÊN HÀM (các phép biến đổi thường gặp)
1. Biểu diễn luỹ thừa dạng chính tắc:
1
n
x xn ;
n
m
xm x n ;
n
1
;
n k
x
m
nk
xm
2. Biến đổi vi phân:
dx d(x ± 1) d(x ± 2) … d(x ± p)
adx d(ax ± 1) d(ax ± 2) … d(ax ± p)
1
dx d x 1 d x 2
a
a
a
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
Bài tập áp dụng: Tính các tích phân bất định sau
J1
x 1 x 2 x 3 x 4
7x 3
J2
dx ;
2x 5
dx ;
x x
3x 2 7x 5
J3
dx
x2
2x 3 5x 2 7x 10
4x 2 9x 10
2x 2 3x 9
J4
dx ; J5
dx ; J 6
dx
x 1
3
x 2 3x 5
dx ; J13
dx ; J16
x
x dx
2
ln 2
3 x2 7
dx
ex 1
1
3x
e2x dx
ex 1
dx
7 x2 2
2
; J 23
2x
ln 2
; J 26
dx
5 x2 3
1 ex
dx
1 ex
2
dx
dx
e3x dx
1 ln x
;
J
; J 35
dx
dx
1 1 ex
1
1 1 ex
dx
e x dx
dx
; J 29
; J 30 2x
; J 31
x
2x
x
1
e
1
e
e
e
e3x
0
0
2
1
1 2x 1
1
dx
dx
dx
x
; J 40 x
;
J
;
J
e 2x 1 e x dx
41
42
x
x
4
0 4 3
0 4 2
0
x2 2 x2 3
J18
J 24
dx ; J8
x 13 dx ; J10 x 12 5x 215 dx ; J11 x 2 3x 52x 133 dx
J12 2x 3
2
2x 3 5x 2 11x 4
J 43
3
tan x cot x 2 dx
2
2
6
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TÍCH PHÂN
TÍCH PHÂN HÀM PHÂN THỨC HỮU TỶ
Các công thức nguyên hàm thường dùng :
1
1
ax b dx a ln ax b C
Mở rộng
u ( x) dx u ( x) d u( x) ln u ( x) C
u ' ( x)
1
1
1 (ax b) n 1 1
1
n
dx
(
ax
b
)
dx
2a a x
x
Chú ý : Với tích phân dạng :
P( x)
dx Nếu Bậc[P(x)]
Q( x)
Bậc[Q(x)] thì ta thực hiệ phép chia
s ( x)
dx trong đó Bậc[S(x)] < Bậc[Q(x)] Sau đó
P(x) cho Q(x) để chuyển tích phân trên về dạng r ( x)
Q( x)
sử dụng một trong các phương pháp sau :
I. PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG NHẤT THỨC TRONG TÍCH PHÂN HỮU TỶ
Loại I : Tính nguyên hàm : I
TH 1 : < 0
2
P( x)
dx
bx c
a (x )
(x )
Giải I1 bằng cách đặt ẩn phụ : x
dx
m
n
ln ( x ) 2 .I1
2a
a
tan t
1
dt (tan 2 t 1)dt
2
cos t
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
9
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
1
1
(tan 2 t 1)dt
2
dx
x
dx I 1
2
2
1 x 2 2 x 2 1
1
2
x 2x 2
x 2x 2
2
1
0
0
x2
x2
dx
1 ( x 1) 2 1 dx
1
)
dt
ln 2
2
0
tan t 1
0 4 2
I1 4
0
TH 2 : = 0 {phương trình (1) có nghiệm kép x = }
P( x)
a( x ) 2
I
m
P( x)
m
n
ĐNT
2
a x
1
x2
1 1 2x 1
x3 x2 x
2x 1
1
dx
x
1
dx
x
dx I 2
2
2
2
0
0
1 1
2 ln x 1
2 ln 2 1
x 1 0
{phương trình (1) có 2 nghiệm phân biệt x = và x = }
TH 3 : > 0
P( x)
a ( x )( x )
I
m
P( x)
m
n
ĐNT
( x )( x ) x x
n
Xét
2
3
3
3
2 x 3 5x 2 4 x 1
x 1
dx
x
dx
xdx
2 2 x 2 5x 3 2
2
2 x 2 5x 3
3
x2 3
2
2
2 2
x 1
2
I3
3
2
3
5( x 1) 4( x )
2 dx 5 3 1 dx 4 3 1 dx 5 ln x 3 3 4 ln x 1 3 5 ln 3 4 ln 2
2 3
2 x 1
3
2
22
x
( x 1) x
2
2
Loại II : Tính nguyên hàm : I
ax
3
Xét
m
1
P( x)
1 m
nx k
1
dx
dx 2
dx ln x I 2
2
a ( x )( x x )
a x
a
x x
a
Giải I2 bằng phương pháp ở loại 1
0
x2
x2
dx
dx
3
1 x 1
1 ( x 1)( x 2 x 1)
1
I 2 ln 2 I 2
1 x 1 x 2 x 1
1
1
( x 1)( x 2 x 1)
0
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
11
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
0
x 1
1
2
Giải I2 : I 2
1
3
2
2
2
, x 1 t
6
6
3
1
tan t
3
2 6 3 sin t 1
1 6
2
2
2
tan t 1 dt
dt ln cos t
t
2
k
ĐNT
n
2
2
x x (x )
( x )( x )
k
1
P( x)
1 m
n
k
dx
dx
dx
2
2
k
2
( x 1) ( x 2) x 2 x 1 ( x 1) 2
4x2 7 x 3
(m n) x 2 (k 2m 3n) x m 2n 2k
( x 1) 2 ( x 2)
( x 1) 2 ( x 2)
0
1
2
3
I
1 x 2
x 1 ( x 1) 2
; x R
m n 3
; x R k 2m 3n 5
m 2n 2k 1
m
n
k
ĐNT
n
( x )( x )( x ) x x x
k
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
I
1
P( x)
1 m
n
k
dx
dx
dx
( x 2)( x 1)( x 1) x 2 x 1 x 1
x R
m n k 6
m 1
6 x 11x 1 m( x 1)( x 1) n( x 2)( x 1) k ( x 2)( x 1) ; x R n 3k 11 n 2
m 2 n 2 k 1 k 3
2
2
3
1
I
dx ln x 2 2 ln x 1 3 ln x 1 C
x 2 x 1 x 1
TH 4 : Phương trình (2) có nghiệm bội ba x =
P( x)
a( x ) 3
I
dx
dx
dx
3
2
3
(x )
( x )
a (x )
a x
m
n 1
k
1
ln x
C
a
a x 2a ( x ) 2
Loại III : Tính nguyên hàm : I
Xét đồng nhất thức :
dx
dx
dx
...
x
(x )2
(x )3
( x ) n dx
(x )n
A1 ln x A2
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
13
A
A
1
1
1
3
... n
C
2
x 2 (x )
n 1 ( x ) n1
dx 149
dx 102
dx 29
dx 3
dx
50
49
48
47
( x 2)
( x 2)
( x 2)
( x 2)
( x 2) 47
I 66
1
1
1
1
1
149
29
3
C
49
48
47
2
x (x )
x (x )
(x ) (x )
(x )
(x )m
I
P( x)
dx
(x )n (x )m
An
Bm
A1
A2
B
B2
dx
dx ...
dx 1 dx
dx ...
dx
2
n
2
x
(x )
(x )
x
u( x) a u( x) b dx 1 u( x) a dx u( x) b dx
1
1
Công thức tổng quát :
dx
v( x)
v( x)
a b
v( x)
a b v( x)
Chú ý : Việc chọn u(x) và a, b phải đảm bảo được hai tích phân sinh ra đơn giản , dể tích hơn
tích phân đầu.
Các trường hợp thường gặp :
1
1
( x a)( x b) dx a b
( x a ) ( x b)
1
1
1
1
xb
dx
dx
dx
1
1 (a.x k b) a.x k
1
1
1
dx
dx m
dx a m k
dx
m
k
n
k
n 1
k
n
x m (a.x k b) n
b x (a.x b)
b x (a.x b)
x (ax b)
III. KỸ THUẬT CHỐNG NHỊ THỨC
(ax b) n
, (ax b) h .(cx d ) m dx
2. I 2
1
( x a )( x b)
dx
I=
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
15
1
dt b
f
, t dt
ad cb
ct a
ba
x b
1
( x b)
ba
2
dx
ba
x b
I 2 2
2
1
1
1
xa
xa
d
ln
C
ba xa
xb ba xb
xb
dx
1
( x b) x a
Với I2 ta còn cách giải khác là : Đặt t x a x b nhưng không thể áp dụng cách này cho I3
VI. PHƯƠNG PHÁP ĐẶT ẨN PHỤ KIỂU ĐỐI XỨNG
Dạng :
f (x 2 )
dx (Hoặc f và g là các đa thức có hệ số đối xứng)
g(x2 )
Phương pháp :
Rút gọn phân thức (nếu có) sau đó chia tử và mẫu cho x2 để đưa về một trong 2 dạng :
1
P x
1
x
1 1 x 2 dx
Q x
x
1
P x
1
x
dt
x
Đặt :
dx 1 2 dx
x
x
x
Khi đó : I
P (t )
dt là tích phân đơn giản hơn tích phân đề
Q (t )
1
P x
1
x
Dạng 2: Với tích phân có dạng I
1 2 dx
1
x
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
Bài tập áp dụng :
x2 1
dx
1.
2 x 3 3x 2
2.
x 2 10 x 2
4.
dx
( x 1)( x 3 15 x 3)
5.
( x 1) 2
dx
7. 0 2
x 1
8.
1
10.
1
dx
4
x 4x 2 3
9.
3
1
2
1
dx
6
x (1 x 2 )
x5 x
dx
x8 1
( x 3) 7
dx
16.
19.
dx
1
dx
5
( x 1) 3
x2 1
dx
x4 1
20.
x2 1
dx
x4 1
x3 x
dx
23. 6
x 4x 4 4x 2 1
25.
x4 1
dx
x6 1
x2
dx
28.
(2 3x)10
dx
31. 9
x 3x 5
17
x(x
12.
2
1
dx
3
x2 1
dx
x 4 5 x3 4 x 2 5 x 1
( x 2 1)dx
29. 2
( x 5 x 1)( x 2 3x 1)
ln 5
32.
dx
e x 2e x 3
ln 3
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH PHÂN LƯỢNG GIÁC
Công thức nguyên hàm cớ bản :
1
1
sin( ax b)dx a cos(ax b) C
tan( ax b)dx a
1
cot(ax b)dx a
2
2
cos(ax b) 'dx 1
d cos(ax b) ln cos(ax b) C
a cos(ax b)
a
cos(ax b)
sin( ax b) 'dx 1
sin( ax b)
1
1
d sin( ax b) ln sin( ax b) C
a sin( ax b)
a
1
sin 10 x 5 sin 8x 10 sin 6 x 10 sin 4 x 5 sin 2 x dx
cos5 x cos3x 5 cos x sin 5 xdx
8 2
2
32
1 1
5
5
5
5
cos10 x cos8 x cos 6 x cos 4 x cos 2 x C
32 10
8
3
2
2
Các phương pháp đặt ẩn phụ của tích phân lượng giác cơ bản :
Dạng 1 : I 1 f (sin x , cos x)dx
{Trong đó : f ( sin x , cos x) f (sin x , cos x) }
I1 g (tan x).
1
dx
cos2 x
Đặt t tan x dt
1
dx
cos2 x
I 1 g (t ).dt
Chú ý :
Ta có thể đặt t cot x nếu I1 dể biến đổi được về dạng
1
g (cot x). sin
2
x
dx
4
4
4
cos(x )
4
sin x cos x 2 sin( x 4 )
Dùng công thức
cos x sin x 2 cos(x )
4
để đưa tích phân về dạng :
I 1 g sin x cos x ; sin x cos x .(cos x sin x) dx
dt (cos x sin x)dx
2
Đặt : t sin x cos x
sin x. cos x t 1
2
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
1 t2
2t
sin x 2
;
t 1
1 2 x
2
1dx dx 2
dt
tan
2
2
t 1
dx
I1
2t 1 t 2
2
f( 2
,
). 2
dx
2
t 1 1 t t 1
Trường hợp riêng :
I1
t
n
1
2
1 t 1
dt n1
n n
2
2 t t 1
2
tn
2
2
n 1
C
k 2k
1
cos ( x)
2
n
dx
2
x dt dx
1
dt
sin n t
n
Giải tương tự I1
n
1
1
I
1
dx
sin( x a ) sin( x b)
1
sin ( x a ) ( x b)
1
sin( x a ) cos(x b) cos(x a ) sin( x b)
dx
dx
sin( a b) sin( x a ) sin( x b)
sin( a b)
sin( x a ) sin( x b)
d sin( x b)
1
d sin( x a)
1
sin( x b)
ln
C
sin( x a) cos(x b)
sin( a b) sin( x a) cos(x b)
sin( a b) sin( x a) cos(x b)
Dạng 2: I
C1:
I
C2:
I
1
dx
a sin x b cos x
1
a b
2
2
1
1
a2 b2
1
a2 b2
1
dx
x
x
2 sin
cos
2
2
ln tan
a b
2
1
dx
x
2 x
2 tan
cos
x
2
a. sin x b. cos x
m. sin x n. cos x dx
Xét đồng nhất thức : a. sin x b. cos x (m. sin x n. cos x) (m. sin x n. cos x)'
(m. sin x n. cos x) (m. cos x n. sin x)
m n a
am bn
bm an
2
; 2
2
m n
m n2
n m b
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
21
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
Xét đồng nhất thức : a. sin x b. cos x (m. sin x n. cos x) (m. sin x n. cos x)'
(m. sin x n. cos x) (m. cos x n. sin x)
m n a
am bn
bm an
2
; 2
2
m n
m n2
n m b
I3
1
d (m sin x n cos x)
dx
I a I b
k 1
(m sin x n cos x)
(m sin x n cos x) k
Giải Ia :
Nếu k – 1 là số chẳn ta đặt t tan x .
Nếu k – 1 là số lẻ ta đặt t tan
Giải Ib :
0
sin 3 x
cos x cos x
dx
1
dx
7.
2
2
4 sin x cos x
3
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
2.
2
0
sin 4 x
dx
4
0
sin x
dx
1 sin 2 x
www.toanhocdanang.com
TÍCH PHÂN & ỨNG DỤNG
1
dx
10.
sin x cos3 x
1
dx
11.
sin 2 x 2 sin x
sin 2 x sin x
13.
16.
17.
4
2
sin x cos xdx
2 sin x 3 cos x
3 sin x 4 cos x
dx
2
x 4 cos2 x
23.
3 cos x 5 sin x 3
sin 3 x sin x
. cot x.dx
sin 3 x
26.
sin
2 sin x cos x
cos x.dx
sin x cos x 1
3
4
cos x sin x
3 sin 2 x
dx
1
dx
x cos5 x
cos2 x
sin x
3 cos x
sin x
dx
sin x cos x 1
32.
sin x
4
dx
41. 4
0 sin 2 x 2(sin x cos x )
44.
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
4
0
sin 4 x cos4 x
dx
sin x cos x
23
4 sin x
(sin x cos x)
24.
tan
dx
6 cos x sin 2 x
36.
2 sin x 5 cos x 3 dx
39.
dx
21.
dx
cos x 1
dx
38.
2 cos x 2
1 sin x
dx
37. 02
cos x
20.
3
dx
14.
42.
45.
3
1
2
0
Cách 1 : Đặt : t
n
( x)
Nhận xét : Để đặt được
ta cần thực hiện việc kiểm tra các bước như sau :
Kiểm tra xem trong I1 có chứa
' ( x)dx . Nếu chưa có ta cần phải nhân, chia thêm lượng
' ( x) 0 , x a , b - đoạn cận của tích phân)
Sau khi nhân, chia cho ' ( x) ta cần kiểm tra phần dư ra có thể thay t vào được không.
' ( x)
t n ( x)
(chú ý:
I1 g ( x, n ( x) ) ' ( x)dx
f
ax b
1
2
dx . Sau đó đặt
1
2t
dt
dx
ad bc
(cx d ) 2
ax b
ax b
2
t
cx d
cx d
1
2
dx biến đổi về dạng
dt Bằng cách đặt u t t m ta có:
ax 2 bx c
t2 m
1
2
t 2 m dt ln t t m C
(mx n)
(mx
1
ax 2 bx c
dx Đặt
dx
2
n) ax b
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
1
4. I
x4
2
x5 1
0
5. I
7. I
1
x x 9
5
10. I 4 2 x 1 4 x dx
ln 2 x
dx
x ln x 1
e3
22. I15
1
2
1
28.
cos x
3
6
4
34.
dx
GV:PHAN NHẬT NAM – 0935 334 225
35.
0
27. I 5
e e
x
dx
30.
1 x 1
. dx
1 x x
x .
3
dx
x 1
2
26. I 4
dx
2
1
1
3
1
tan x
4
31. I 5
1 x
dx
x 1 4 x
1
2
dx
1 3cos x
e
e x 1. dx
3
19. I11
3
.
sin 2x sin x
12. I16
e2x
1
16
xdx
x 1
1 1
8. I
7
dx
2
5
/2
6. I
2
0
2 3
dx
2. I
1 3ln x ln x
dx.
x
e
4
1
1 x2
26
0
36.
4x x
1
2
0
( x 1)( x 2)
1 1 x
1
3
1 x
dx
www.toanhocdanang.com
dx
dx