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不定积分-工具 ​

发表: 4/28/2026 更新: 6/1/2026 字数: 0 字 时长: 0 分钟

(一) 基本公式 ​

  1. 常数
    ∫kdx=kx+C

  2. 幂函数不定积分公式
    ① a≠−1:∫xadx=1a+1xa+1+C;
    ② a=−1:∫x−1dx=ln⁡|x|+C;

简单证明

∵x<0时,[ln⁡(−x)]′=1x,∴∫1xdx=ln⁡(−x)+C.
x>0时,(ln⁡x)′=1x,∴∫1xdx=ln⁡x+C.
∴∫1xdx=ln⁡|x|+C.

  1. 指数函数
    ① a≠e:∫axdx=axln⁡a+C;
    ② a=e:∫exdx=ex+C;

  2. 三角函数
    ① ∫sin⁡xdx=−cos⁡x+C;
    ② ∫cos⁡xdx=sin⁡x+C;
    ③ ∫tan⁡xdx=ln⁡|sec⁡x|+C;
    ④ ∫cot⁡xdx=ln⁡|sin⁡x|+C;
    ⑤ ⭐∫sec⁡xdx=ln⁡|sec⁡x+tan⁡x|+C;
    ⑥ ⭐∫csc⁡xdx=ln⁡|csc⁡x−cot⁡x|+C;
    ⑦ ∫sec2⁡xdx=tan⁡x+C;
    ⑧ ∫csc2⁡xdx=−cot⁡x+C;
    ⑨ ∫sec⁡xtan⁡xdx=sec⁡x+C;
    ⑩ ∫csc⁡xcot⁡xdx=−csc⁡x+C;

推导

∫tan⁡xdx=∫sin⁡xcos⁡xdx=∫−d(cos⁡x)cos⁡x=∫d(−ln⁡|cos⁡x|)=∫d(ln⁡|sec⁡x|)=ln⁡|sec⁡x|+C.

∫sec⁡xdx=∫1cos⁡xdx=∫cos⁡xcos2⁡xdx=∫dsin⁡xcos2⁡x=∫dsin⁡x1−sin2⁡x= 令 t=sin⁡x∫11−t2dt=12∫(11+t+11−t)dt=12(∫11+td(1+t)−∫11−td(1−t))∫dsin⁡x1−sin2⁡x=12(ln⁡|1+t|−ln⁡|1−t|)+C=12ln⁡|1+t1−t|+C=12ln⁡|1+sin⁡x1−sin⁡x|+C=12ln⁡|(1+sin⁡x)21−sin2⁡x|+C=ln⁡|1+sin⁡xcos⁡x|+C=ln⁡|sec⁡x+tan⁡x|+C.

递推公式

In=∫secn⁡xdx=secn−2⁡xtan⁡xn−1+n−2n−1In−2(n≥2)
In=∫sinn⁡xdx=−1nsinn−1⁡xcos⁡x+n−1nIn−2(n≥2)
In=∫cosn⁡xdx=1ncosn−1⁡xsin⁡x+n−1nIn−2(n≥2)

  1. 有理分式
    ① ∫dx1−x2=arcsin⁡x+C;
    ② ∫dxa2−x2=∫d(xa)1−(xa)2=arcsin⁡xa+C;
    ③ ∫dx1+x2=arctan⁡x+C;
    ④ ∫dxa2+x2=1a∫d(xa)1+(xa)2=1aarctan⁡xa+C;
    ⑤ ∫dxx2−a2=12a[∫d(x−a)x−a−∫d(x+a)x+a]=12aln⁡|x−ax+a|+C;
    ⑥ ⭐∫dxx2−a2=ln⁡|x+x2−a2|+C;
    ⑦ ⭐∫dxx2+a2=ln⁡|x+x2+a2|+C;
    ⑧ ⭐∫a2−x2dx=a22arcsin⁡xa+x2a2−x2+C;
    ⑨ ∫x2−a2dx=12xx2−a2−a22ln⁡|x+x2−a2|+C;
    ⑩ ∫x2+a2dx=12xx2+a2+a22ln⁡|x+x2+a2|+C.
推导

⑥ ∫dxx2−a2令tan⁡ϑ=x2−a2a,cos⁡ϑ=ax.⇒x2−a2=atan⁡ϑ,x=asec⁡ϑ.原式=∫1atan⁡ϑd(asec⁡ϑ)=∫cot⁡ϑdsec⁡ϑ=∫cot⁡ϑtan⁡ϑsec⁡ϑdϑ=∫sec⁡ϑdϑ=ln⁡|sec⁡ϑ+tan⁡ϑ|+C=ln⁡|xa+x2−a2a|+C=ln⁡|x+x2−a2|+C.

三角函数辅助图1 图一 三角函数辅助图1

⑦ ∫dxx2+a2令cos⁡ϑ=ax2+a2,tan⁡ϑ=xa.⇒x2+a2=asec⁡ϑ,x=atan⁡ϑ.原式=∫1asec⁡ϑd(atan⁡ϑ)=∫cos⁡ϑdtan⁡ϑ=∫cos⁡ϑsec2ϑdϑ=∫sec⁡ϑdϑ=ln⁡|sec⁡ϑ+tan⁡ϑ|+C=ln⁡|x2+a2a+xa|+C=ln⁡|x+x2+a2|+C.

三角函数辅助图2 图二 三角函数辅助图2

⑧ ∫a2−x2dx令cos⁡ϑ=a2−x2a,sin⁡ϑ=xa.⇒a2−x2=acos⁡ϑ,x=asin⁡ϑ.原式=a2∫cos⁡ϑd(sin⁡ϑ)=a2∫cos2ϑdϑ=a2∫cos⁡2ϑ+12dϑ=a22(∫cos⁡2ϑdϑ+∫dϑ)=a24sin⁡2ϑ+a22ϑ+C=a22sin⁡ϑcos⁡ϑ+a22arcsin⁡xa+C=a22arcsin⁡xa+x2a2−x2+C.

三角函数辅助图3 图三 三角函数辅助图3

⑨ ∫x2−a2dx由⑥ 得:∫x2−a2dx=a2∫tan⁡ϑd(sec⁡ϑ)=a2∫tan2ϑsec⁡ϑdϑ令 t=∫tan2ϑsec⁡ϑdϑt=tan⁡ϑsec⁡ϑ−∫sec⁡ϑd(tan⁡ϑ)=tan⁡ϑsec⁡ϑ−∫sec⁡ϑ⋅sec2ϑdϑ=tan⁡ϑsec⁡ϑ−∫sec⁡ϑ(1+tan2ϑ)dϑ=tan⁡ϑsec⁡ϑ−∫sec⁡ϑdϑ−t.⇒t=12tan⁡ϑsec⁡ϑ−12ln⁡|sec⁡ϑ+tan⁡ϑ|+C=12a2xx2−a2−12ln⁡|x+x2−a2|+C.∴∫x2−a2dx=a2t=12xx2−a2−a22ln⁡|x+x2−a2|+C.

⑩ ∫x2+a2dx由⑦ 得:∫x2+a2dx=a2∫sec⁡ϑd(tan⁡ϑ)=a2∫sec3ϑdϑ令 t=∫sec3ϑdϑt=sec⁡ϑtan⁡ϑ−∫tan⁡ϑd(sec⁡ϑ)=sec⁡ϑtan⁡ϑ−∫tan2ϑ⋅sec⁡ϑdϑ=sec⁡ϑtan⁡ϑ−∫(sec2ϑ−1)sec⁡ϑdϑ=sec⁡ϑtan⁡ϑ−t+∫sec⁡ϑdϑ.⇒t=12sec⁡ϑtan⁡ϑ+12ln⁡|sec⁡ϑ+tan⁡ϑ|+C=12a2xx2+a2+12ln⁡|x+x2+a2|+C.∴∫x2+a2dx=a2t=12xx2+a2+a22ln⁡|x+x2+a2|+C.

(二) 积分法 ​

1.换元积分法 ​

Case1 第一类换元积分法

例1.∫x(2x+1)2dx
例2.∫dxx2+2x+5
例3.∫dx2x−x2
例4.∫dxx(4+x)
例5.∫dxx2+x
例6.∫ex4+e2xdx
例7.∫dxxln2x

形如 ∫f[φ(x)]φ′(x)dx=∫f[φ(x)]d(φ(x))= 令 t=φ(x)∫f(t)dt=F(t)+C=F[φ(x)]+C.
如:∫sin2xxdx=2∫sin2xd(x)= 令 t=x2∫sin2tdt=∫(1−cos⁡2t)dt=t−∫cos⁡2tdt=t−12sin⁡2t+C=x−12sin⁡2x+C.

Case2 第二类换元积分法

例1.∫tt+1dt
例2.∫t+1tdt
例3.∫dttt+1
例4.∫tt+1dt
例5.∫tt2+1dt
例6.∫dt(x2+1)3

形如 ∫f(x)dx= 令 x=ψ(t)∫f[ψ(t)]ψ′(t)dt=G(t)=G[ψ−1(x)]+C.


2.分部积分法 ​

已知 (uv)′=u′v+uv′
d(uv)=d(u)v+ud(v)
两边同时积分:uv=∫vdu+∫udv
⇒∫udv=uv−∫vdu

Case1.∫ 幂×指 dx

例1.∫x2exdx

Case2.∫ 幂×对 dx

例2.∫xln2⁡xdx

Case3.∫ 幂×三角 dx

例3.∫xsin2⁡xdx
例4.∫xtan2⁡xdx

Case4.∫ 幂×反三角 dx

例5.∫xarctan⁡xdx
例6.∫arcsin⁡xdx

Case5. eax×{sin⁡bxcos⁡ax dx

⭐例7.∫e2xcos⁡xdx

解:I=∫e2xcos⁡xdx=∫e2xd(sin⁡x)=e2xsin⁡x−2∫sin⁡xe2xdx=e2xsin⁡x+2∫e2xd(cos⁡x)=e2xsin⁡x+2(e2xcos⁡x−2∫cos⁡xe2xdx)=e2xsin⁡x+2e2xcos⁡x−4I⇒I=15e2x(sin⁡x+2cos⁡x)+C.

Case6. ∫secn⁡x(或 cscn⁡x)dx(n 为奇数)

例8.∫sec4⁡xdx
例9.∫sec3⁡xdx

qindlute's notes