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§5.4 定积分的换元法
一、换元公式
1、函数在上连续;2、函数在区间
1、函数
在
上连续;
2、函数
在区间
上单值且具有连续导数;
3、当在上变化时,的值在
3、当在
上变化时,
的值在
上变化,且
,
(1)
证明:
假设是
假设
是
在
上的一个原函数,据牛顿—莱布尼兹公式
有
另一方面,函数的导数为这表明:函数是在
另一方面,函数
的导数为
这表明:函数
是
在
上的一个原函数,故有:
3、对
于时,换元公式(1)仍然成立。
从而有对这一定理给出几点注解:
从而有
1、用替换,将原来变量 代换成新变量
1、用替换
,将原来变量 代换成新变量后,原定积分的限应
求出
的原函数
后,不必象不定积分那样,将
变换成原变量 的函数,只需将新变量
变换成原变量 的函数,只需将新变量的上下限代入
中然后相减
(1)、在单值且
(1)、
在
单值且
连续;
(2)、
【例1】求【解法一】令当时,;当时,
【例1】求
【解法一】令
当
时,
;当
时,
。
又当
时,有
【解法二】令
当
时,
;
当
时,
。
又当
时,
,
且变换函数在上单值,
且变换函数
在
上单值,
在
上连续,
且变换函数在
且变换函数
在
上单值,
在
上连续,
解:设,
解:设
,
当
时,
;当
时,
注意:
【例2】求在【解法二】中,经过换元,定积分的下限较上限大。换元公式也可以反过来,即
【例2】求
一般来说,这类换元可以不明显地写出新变量,自然也就不必改变定积分的上下限。
对
对
作替换
得
二、常用的变量替换技术与几个常用的结论
1、若在
1、若
在
上连续且为偶函数,则
2、若在上连续且为奇函数,则
2、若
在
上连续且为奇函数,则
故有
若为偶函数,则若为奇函数,则【例4】若在上连续,证明:1、
若
为偶函数,则
若
为奇函数,则
【例4】若
在
上连续,证明:
1、
2、
并由此式计算定积分1、证明:设,2、证明:设,
并由此式计算定积分
1、证明:设
,
2、证明:设
,
【例5】求解:令,
【例5】求
解:令
,
故评注:
故
这一定积分的计算并未求原函数,只用到了变量替换、定积分性质,这一解法值得我们学习。
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