Sử dụng phương pháp nguyên hàm từng phần để tìm nguyên hàm
Kỳ thi ĐGNL ĐHQG Hà Nội
Chọn công thức đúng:
Công thức đúng là ∫udv=uv−∫vdu.
Trong phương pháp nguyên hàm từng phần, nếu {u=g(x)dv=h(x)dx thì:
Ta có: u=g(x)⇒du=g′(x)dx.
dv=h(x)dx⇒v=∫h(x)dx.
Cho F(x)=∫(x+1)f′(x)dx. Tính I=∫f(x)dx theo F(x).
Đặt {u=x+1dv=f′(x)dx⇒{du=dxv=f(x)
⇒F(x)=(x+1)f(x)−∫f(x)dx+C
⇒I=∫f(x)dx=(x+1)f(x)−F(x)+C.
Tìm nguyên hàm của hàm số f(x)=x2ln(3x)
Đặt {u=ln3xdv=x2dx⇒{du=33xdxv=13x3
⇒I=13x3ln3x−∫13x3.33xdx=13x3ln3x−∫13x2dx=13x3ln3x−19x3+C
Tính ∫x3ln3xdx
Đặt {u=ln3xdv=x3dx⇒{du=1xdxv=x44
⇒I=14x4ln3x−14∫x3dx+C=14x4ln3x−x416+C
Cho hàm số y=f(x) thỏa mãn f′(x)=(x+1)ex và ∫f′(x)dx=(ax+b)ex+c với a,b,c là các hằng số. Chọn mệnh đề đúng:
Ta có: f′(x)=(x+1)ex⇒f(x)=∫(x+1)exdx.
Đặt: {u=x+1dv=exdx⇒{du=dxv=ex
⇒I=(x+1)ex−∫exdx=xex+ex−ex+C=xex+C
Do đó ta được a=1;b=0⇒a+b=1.
Biết F(x)=(ax+b).ex là nguyên hàm của hàm số y=(2x+3).ex. Khi đó b−a là
Đặt {u=2x+3dv=exdx⇒{du=2dxv=ex.⇒∫(2x+3)exdx=(2x+3)ex−∫ex2dx=(2x+3)ex−2ex=(2x+1)ex
Khi đó a=2,b=1
Ta có −x+aex là một họ nguyên hàm của hàm số f(x)=xex, khi đó:
F(x)=∫xexdx=∫xe−xdx
Đặt {u=xdv=e−xdx⇒{du=dxv=−e−x⇒F(x)=−xe−x+∫e−xdx+C=−xe−x−e−x+C=−(x+1)e−x+C=−x+1ex+C.
−x+aex là một họ nguyên hàm của hàm số f(x)=xex⇒{a=1C=0.
Tìm nguyên hàm F(x) của f(x)=2x−1ex biết F(0)=1.
F(x)=∫2x−1exdx=∫(2x−1)e−xdx=∫2xe−xdx−∫e−xdx
=∫2xe−xdx+e−x+C1=I+e−x+C1.
Đặt {u=2xdv=e−xdx⇒{du=2xln2dxv=−e−x
⇒I=−2xe−x+ln2∫2xe−xdx+C2=−2xe−x+ln2.I+C2⇔(ln2−1)I+C2=2xe−x⇒I=2xe−xln2−1+C2.⇒F(x)=2xe−xln2−1+e−x+C=2x(ln2−1)ex+1ex+C⇒F(0)=1ln2−1+1+C=1⇒C=−1ln2−1⇒F(x)=2x(ln2−1)ex+1ex−1ln2−1=1ln2−1(2e)x+(1e)x−1ln2−1.
∫xsinxcosxdx bằng:
I=∫xsinxcosxdx=12∫xsin2xdx
Đặt {u=xdv=sin2xdx⇔{du=dxv=−cos2x2
⇒I=12(−x.cos2x2+12∫cos2xdx)+C
=12(−xcos2x2+sin2x4)+C
Tính I=∫cos√xdx ta được:
Đặt √x=t⇒x=t2⇒dx=2tdt⇒I=2∫tcostdt.
Đặt {u=tdv=costdt⇒{du=dtv=sint
⇒I=2(tsint−∫sintdt+C)=2(tsint+cost+C)
=2(√xsin√x+cos√x)+C.
Gọi F(x) là một nguyên hàm của hàm số y=x.cosx mà F(0)=1. Phát biểu nào sau đây đúng:
Ta có F(x)=∫x.cosxdx
Đặt {u=xdv=cosxdx⇒{du=dxv=sinx⇒F(x)=xsinx−∫sinxdx+C=xsinx+cosx+C. F(0)=1⇔0sin0+cos0+C=1⇔1+C=1⇔C=0⇒F(x)=xsinx+cosx
Ta có: F(−x)=(−x)sin(−x)+cos(−x)=xsinx+cosx=F(x)⇒F(x) là hàm chẵn.
Cho F(x) là một nguyên hàm của hàm số f(x)=xcos2x thỏa mãn F(0)=0. Tính F(π)?
{u=xdv=1cos2xdx⇒{du=dxv=tanx⇒F(x)=xtanx−∫tanxdx+C=xtanx−∫sinxcosxdx+C=xtanx+∫d(cosx)cosx+C=xtanx+ln|cosx|+C.⇒F(0)=C=0⇒F(π)=0
Biết rằng xex là một nguyên hàm của hàm số f(−x) trên khoảng (−∞;+∞). Gọi F(x) là một nguyên hàm của f′(x)ex thỏa mãn F(0)=1, giá trị của F(−1) bằng:
Vì xex là một nguyên hàm của hàm số f(−x) nên (xex)′=f(−x)⇔f(−x)=ex+xex=ex(1+x).
⇒f(x)=e−x(1−x).
⇒f′(x)=−e−x(1−x)−e−x=−e−x(2−x)=(x−2)e−x⇒f′(x)ex=(x−2)e−x.ex=x−2⇒F(x)=∫f(x)dx=∫(x−2)dx=x22−2x+CF(0)=1⇒C=1⇒F(x)=x22−2x+1⇒F(−1)=(−1)22−2(−1)+1=72
Tính I=∫xtan2xdx ta được:
I = \int {x{{\tan }^2}xdx} = \int {x\left( {\dfrac{1}{{{{\cos }^2}x}} - 1} \right)dx} = \int {x.\dfrac{1}{{{{\cos }^2}x}}dx} - \int {xdx} = {I_1} - {I_2}
Ta có: {I_2} = \int {xdx} = \dfrac{{{x^2}}}{2} + {C_2},{I_1} = \int {x\dfrac{1}{{{{\cos }^2}x}}dx}
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = x\\dv = \dfrac{1}{{{{\cos }^2}x}}dx\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = dx\\v = \tan x\end{array} \right.
\begin{array}{l} \Rightarrow {I_1} = x\tan x - \int {\tan xdx} + {C_1} = x\tan x - \int {\dfrac{{\sin x}}{{\cos x}}dx} + {C_1} \\ = x\tan x + \int {\dfrac{{d\left( {\cos x} \right)}}{{\cos x}}} + {C_1} = x\tan x + \ln \left| {\cos x} \right| + {C_1}.\\ \Rightarrow I = x\tan x + \ln \left| {\cos x} \right| + {C_1} - \dfrac{{{x^2}}}{2} - {C_2} = x\tan x + \ln \left| {\cos x} \right| - \dfrac{{{x^2}}}{2} + C.\end{array}
Nguyên hàm của hàm số f(x) ={\cos 2x\ln \left( {\sin x + \cos x} \right)dx} là:
Ta có:
\begin{array}{l}\cos 2x\ln \left( {\sin x + \cos x} \right) = \left( {\cos x + \sin x} \right)\left( {\cos x - \sin x} \right)\ln \left( {\sin x + \cos x} \right)\\ \Rightarrow I = \int {\left( {\cos x + \sin x} \right)\left( {\cos x - \sin x} \right)\ln \left( {\sin x + \cos x} \right)dx} \end{array}
Đặt t = \sin x + \cos x \Rightarrow dt = \left( {\cos x - \sin x} \right)dx , khi đó ta có:I = \int {t\ln tdt}
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = \ln t\\dv = tdt\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = \dfrac{1}{t}dt\\v = \dfrac{{{t^2}}}{2}\end{array} \right.
\begin{array}{l} \Rightarrow I = \dfrac{1}{2}{t^2}\ln t - \dfrac{1}{2}\int {tdt} + C = \dfrac{1}{2}{t^2}\ln t - \dfrac{{{t^2}}}{4} + {C_1}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \dfrac{1}{2}{\left( {\sin x + \cos x} \right)^2}\ln \left( {\sin x + \cos x} \right) - \dfrac{{{{\left( {\sin x + \cos x} \right)}^2}}}{4} + {C_1}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \dfrac{1}{2}\left( {{{\sin }^2}x + {{\cos }^2}x + \sin 2x} \right)\ln \left( {\sin x + \cos x} \right) - \dfrac{{1 + \sin 2x}}{4} + {C_1}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \dfrac{1}{4}\left( {1 + \sin 2x} \right)\ln {\left( {\sin x + \cos x} \right)^2} - \dfrac{{\sin 2x}}{4} - \dfrac{1}{4} + {C_1}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \dfrac{1}{4}\left( {1 + \sin 2x} \right)\ln \left( {1 + \sin 2x} \right) - \dfrac{{\sin 2x}}{4} + C.\end{array}
Tính I = \int {\ln \left( {x + \sqrt {{x^2} + 1} } \right)dx} ta được:
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = \ln \left( {x + \sqrt {{x^2} + 1} } \right)\\dv = dx\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = \dfrac{{1 + \dfrac{x}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}}}{{x + \sqrt {{x^2} + 1} }}dx\\v = x\end{array} \right.
\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = \dfrac{{\dfrac{{x + \sqrt {{x^2} + 1} }}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}}}{{x + \sqrt {{x^2} + 1} }}dx = \dfrac{{dx}}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}\\v = x\end{array} \right.
\Rightarrow I = x\ln \left( {x + \sqrt {{x^2} + 1} } \right) - \int {\dfrac{x}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}dx} + {C_1}.
Đặt t = \sqrt {{x^2} + 1} \Rightarrow {t^2} = {x^2} + 1 \Leftrightarrow tdt = xdx
\Rightarrow \int {\dfrac{x}{{\sqrt {{x^2} + 1} }}dx} = \int {\dfrac{{tdt}}{t}} = \int {dt} = t + {C_2} = \sqrt {{x^2} + 1} + {C_2}
Khi đó ta có: \Rightarrow I = x\ln \left( {x + \sqrt {{x^2} + 1} } \right) - \sqrt {{x^2} + 1} + C.
Tính I = \int {{e^{2x}}\cos 3xdx} ta được:
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = {e^{2x}}\\dv = \cos 3xdx\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = 2{e^{2x}}dx\\v = \dfrac{{\sin 3x}}{3}\end{array} \right. \Rightarrow I = \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\sin 3x - \dfrac{2}{3}\int {{e^{2x}}\sin 3xdx} + {C_1}.
Xét nguyên hàm \int {{e^{2x}}\sin 3xdx} , đặt
\left\{ \begin{array}{l}a = {e^{2x}}\\db = \sin 3xdx\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}da = 2{e^{2x}}\\b = - \dfrac{{\cos 3x}}{3}\end{array} \right.
\Rightarrow \int {{e^{2x}}\sin 3xdx} = - \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\cos 3x + \dfrac{2}{3}\int {{e^{2x}}\cos 3x} + {C_1} = - \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\cos 3x + \dfrac{2}{3}I + {C_2}
Do đó ta có
\begin{array}{l}I = \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\sin 3x - \dfrac{2}{3}\left( { - \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\cos 3x + \dfrac{2}{3}I + {C_2}} \right) + {C_1}\\ \Leftrightarrow \dfrac{{13}}{9}I = \dfrac{1}{3}{e^{2x}}\sin 3x + \dfrac{2}{9}{e^{2x}}\cos 3x + C\\ \Leftrightarrow I = \dfrac{1}{{13}}{e^{2x}}\left( {3\sin 3x + 2\cos 3x} \right) + C.\end{array}
Nguyên hàm của hàm số y = {\dfrac{{\left( {{x^2} + x} \right){e^x}}}{{x + {e^{ - x}}}}dx} là:
Ta có: I = \int {\dfrac{{\left( {{x^2} + x} \right){e^x}}}{{x + {e^{ - x}}}}dx} = \int {\dfrac{{\left( {{x^2} + x} \right){e^x}}}{{\dfrac{{x{e^x} + 1}}{{{e^x}}}}}dx} = \int {\dfrac{{\left( {{x^2} + x} \right){e^{2x}}}}{{x{e^x} + 1}}dx} = \int {\dfrac{{x{e^x}\left( {x + 1} \right){e^x}}}{{x{e^x} + 1}}dx} .
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = x{e^x}\\dv = \dfrac{{\left( {x + 1} \right){e^x}}}{{x{e^x} + 1}}dx = \dfrac{{d\left( {x{e^x} + 1} \right)}}{{x{e^x} + 1}}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = \left( {{e^x} + x{e^x}} \right)dx = \left( {x + 1} \right){e^x}dx\\v = \ln \left| {x{e^x} + 1} \right|\end{array} \right.
Khi đó ta có: I = x{e^x}\ln \left| {x{e^x} + 1} \right| - \int {\ln \left| {x{e^x} + 1} \right|\left( {x + 1} \right){e^x}dx} + C.
Đặt t = x{e^x} + 1 \Rightarrow dt = \left( {{e^x} + x{e^x}} \right)dx = \left( {x + 1} \right){e^x}dx
\Rightarrow \int {\ln \left| {x{e^x} + 1} \right|\left( {x + 1} \right){e^x}dx} = \int {\ln \left| t \right|dt}
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = \ln \left| t \right|\\dv = dt\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = \dfrac{1}{t}dt\\v = t\end{array} \right.
\Rightarrow \int {\ln \left| t \right|dt} = \ln \left| t \right|.t - \int {dt} + C = \ln \left| t \right|.t - t + C
= \left( {x{e^x} + 1} \right)\ln \left| {x{e^x} + 1} \right| - \left( {x{e^x} + 1} \right) + C.
Vậy I = x{e^x}\ln \left| {x{e^x} + 1} \right| - \left( {x{e^x} + 1} \right)\ln \left| {x{e^x} + 1} \right| + \left( {x{e^x} + 1} \right) + C
= x{e^x} + 1 - \ln \left| {x{e^x} + 1} \right| + C.
Tính \int {\dfrac{{{x^2} - 1}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}dx} ?
Ta có: \dfrac{{{x^2} - 1}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}} = \dfrac{{2{x^2}}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}} - \dfrac{1}{{{x^2} + 1}}
\Rightarrow \int {\dfrac{{{x^2} - 1}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}dx} = \int {\dfrac{{2{x^2}}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}dx} - \int {\dfrac{1}{{{x^2} + 1}}dx} \,\,\left( 1 \right)
Ta tính \int {\dfrac{{2{x^2}}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}dx} = \int {\dfrac{{xd\left( {{x^2} + 1} \right)}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}} bằng phương pháp tích phân từng phân như sau:
Đặt \left\{ \begin{array}{l}u = x\\dv = \dfrac{{d\left( {{x^2} + 1} \right)}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}du = dx\\v = - \dfrac{1}{{{x^2} + 1}}\end{array} \right.
\Rightarrow \int {\dfrac{{xd\left( {{x^2} + 1} \right)}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}} = - \dfrac{x}{{{x^2} + 1}} + \int {\dfrac{{dx}}{{{x^2} + 1}}} + C\,\,\left( 2 \right)
Từ (1) và (2) suy ra \int {\dfrac{{{x^2} - 1}}{{{{\left( {{x^2} + 1} \right)}^2}}}dx} = - \dfrac{x}{{{x^2} + 1}} + \int {\dfrac{{dx}}{{{x^2} + 1}}} + C - \int {\dfrac{1}{{{x^2} + 1}}dx} = - \dfrac{x}{{{x^2} + 1}} + C.