Тема . Математический анализ

.11 Неопределенный интеграл и первообразная.

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела математический анализ
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#78421

Вычислить при помощи метода Остроградского:

∫     dx
  --4------3
  x  (x − 2)
Показать ответ и решение

Применим метод Остроградского. Наш знаменатель

Q(x) = x4(x− 2 )3

И его надо разложить на Q (x) = Q1 (x)Q2(x)  так, чтобы Q2   имел те же корни, что и Q  , но кратности 1, а Q1   имел те же корни, что и Q  , но кратности на 1 меньше, чем они были у Q  . Таким образом получаем

Q1(x) = x3(x−  2)2,  Q2 (x) = x (x − 2)

И по методу Остроградского мы можем записать теперь, что :

∫                          ∫
   ---dx-----= ---H(x)---+    --G(x)--dx,deg H (x ) < 5,deg G(x) < 2
   x4(x − 2)3   x3(x − 2)2     x(x − 2)

Таким образом, с учетом ограничений на степени, можем записать это последнее равенство с неопределенными коэффициентами:

∫                                            ∫
  ----dx----   a0 +-a1x-+-a2x2-+-a3x3 +-a4x4    -bx-+-c-
  x4(x − 2)3 =          x3(x − 2)2         +    x(x − 2)dx

Продифференцируем его обе части:

                             2       3   3      2      4      3      2               2     3      4
----1-----=  (a1 +-2a2x-+-3a3x-+-4a4x-)(x-(x-−-2)-)−-(5x--−-16x-+-12x--)(a0-+-a1x+-a2x--+-a3x--+-a4x-)+
x4(x − 2)3                                         x6 (x − 2)4

+ -bx+--c-
  x(x − 2)

Приводя правую часть к общему знаменателю, получим, что левая часть будет такой:

(a1 + 2a2x + 3a3x2 + 4a4x3 )(x3(x − 2)2)− (5x4 − 16x3 + 12x2)(a0 + a1x+ a2x2 + a3x3 + a4x4)
----------------------------------------6------4---------------------------------------+
                                      x (x − 2)

          5      3
+(bx-+-c)x-(x-−-2)-
     x6(x − 2)4

Теперь, если дробь в левой части домножить на x2(x − 2)  , то получим, что и у левой и у правой части знаменатели равны   6      4
x (x − 2)   и мы можем приравнять числители:

x2(x− 2) = (a1+2a2x+3a3x2  +4a4x3 )(x3(x− 2)2)− (5x4 − 16x3 +12x2 )(a0 +a1x+a2x2 +a3x3 +a4x4 )+

          5      3
+(bx + c)x (x − 2)

Или

  2           9                 8                    7                               6
x  (x − 2) = bx + (− a4 − 6b + c)x + (− 2a3 + 12b − 6c)x + (− 3a2 + 4a3 + 4a4 − 8b + 12c)x +

+ (− 4a +  8a − 8c)x5 + (− 5a  + 12a − 4a )x4 + (16a − 8a )x3 − 12a x2
      1     2              0      1    2          0    1         0

Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях x  в левой и в правой части, получаем такую систему уравнений

(
|||| 0 = b                          п ри x9
||||                                      8
||| 0 = − a4 − 6b+ c               п ри x
||||                                      7
|||| 0 = − 2a3 + 12b− 6c            п ри x
|{ 0 = − 3a2 + 4a3 + 4a4 − 8b+ 12c п ри x6

|||| 0 = − 4a1 + 8a2 − 8c           п ри x5
|||
|||| 0 = − 5a0 + 12a1 − 4a2         п ри x4
||||                                      3
||| 1 = 16a0 − 8a1                 п ри x
||( − 2 = − 12a                    п ри x2
            0

Решением этой системы является

     1       5       5        15       5            5
a0 = -,a1 = ---,a2 =  --,a3 = −---,a4 = --,b = 0,c =---
     6      24       12       16       16          16

И, значит, мы получаем, что

∫              1   5     5  2  15 3    5 4      ∫
  ----dx----=  6-+-24x+--12x-−-16x--+-16x--+ -5-  ---dx---
  x4(x − 2)3            x3(x− 2)2            16   x (x − 2)

И последний интеграл считается разложением дроби

   1
--------
x(x − 2)

на простейшие

   1       A     B
x(x−--2) = x-+ x-−-2

Приводим сумму справа к общему знаменателю, и получаем равенство

---1----   A(x-−-2)+-Bx--
x(x−  2) =    x(x− 2)

Откуда видим, что        1     1
A =  − 2,B  = 2   . Таким образом, получаем, что

∫                ∫        ∫
   --dx----= − 1-  dx-+  1-  -dx--
   x(x− 2)     2    x    2   x − 2

И, следовательно,

∫                ∫         ∫
   ---dx---    1-   dx-  1-  -dx--     1-       1-
   x(x − 2) = −2    x  + 2   x − 2 = − 2 ln |x|+ 2 ln|x − 2|+ C

Таким образом,

∫               1   5-   -5 2   15 3   5- 4
   ---dx-----= -6 +-24x-+-12x--−-16x-+--16x-+  5--− 5--ln |x|+  5-ln|x − 2|+ C
   x4(x− 2 )3            x3 (x − 2)2            16   32        32
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!