Sách giải tích/Tích phân

Từ testwiki
Phiên bản vào lúc 20:48, ngày 16 tháng 5 năm 2024 của 205.189.94.88 (thảo luận)
(khác) ← Phiên bản cũ | Phiên bản mới nhất (khác) | Phiên bản mới → (khác)
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm

Tích phân là một phép toán giải tích tìm diện tích dưới hình của một hàm số toán f(x) . Có 2 loại toán tích phân

Loại tích phân Hình Công thức
Tích phân xác định Tích phân được định nghĩa như diện tích S dưới đường cong y=f(x) với x chạy từ a đến b abf(x)dx=F(b)F(a)
Tích phân bất định f(x)dx=limΔx0(f(x)+Δf(x)2)Δx=F(x)+C


Tích phân xác định

Tích phân xác định là phép toán giải tích tìm tích phân của hàm số trong một miền xác định

Luật toán tích phân xác định

aaf(x)dx=0
abf(x)dx=baf(x)dx
abf(x)dx=acf(x)dx+cbf(x)dx
ab[f(x)±g(x)]dx=abf(x)dx±abg(x)dx
abkf(x)dx=kabf(x)dx
abndx=nx=nbna=n(ba)

Phép toán tích phân xác định

Toán trung bình

1baabf(x)dx=1ba[F(b)F(a)]

Toán căn trung bình

1baabf(x)dx=1ba[F(b)F(a)]

Tích phân bất định

Tích phân bất định là một loại toán giải tích tìm tích phân của hàm số trong một miền không xác định . Phép toán tìm diện tích dưới hình hàm số

Luật toán tích phân bất định

Quy luật Công thức Điều kiện
1 adx=ax
2 Homogeniety af(x)dx=af(x)dx
3 Associativity (f±g±h±)dx=fdx±gdx±hdx±
4 Integration by Parts abfgdx=[fg]ababgfdx
4 General Integration by Parts f(n)gdx=f(n1)gf(n2)g++(1)nfg(n)dx
5 f(ax)dx=1af(x)dx
6 Substitution Rule g{f(x)}dx=g(u)dxdudu=g(u)f(x)du u=f(x)
7 xndx=xn+1n+1 n1
8 1xdx=ln|x|
9 exdx=ex
10 axdx=axln|a| a1

Công thức toán tích phân bất định

Tích Phân Hàm Số Thường

  Integral Value Remarks
1 cdx cx+C
2 xndx xn+1n+1+C n1
3 1xdx ln|x|+C
4 1a2+x2dx 1aarctanxa+C
5 1a2x2dx arcsinxa+C
6 1a2x2dx arccosxa+C
7 1xx2a2dx 1aarcsec|x|a+C
8 lnxdx xlnxx+C
9 logbxdx xlogbxxlogbe+C
10 exdx ex+C
11 axdx axlna+C
12 sinxdx cosx+C
13 cosxdx sinx+C
14 tanxdx ln|cosx|+C
15 cotxdx ln|sinx|+C
16 secxdx ln|secx+tanx|+C
17 cscxdx ln|cscx+cotx|+C
18 sec2xdx tanx+C
19 csc2xdx cotx+C
20 secxtanxdx secx+C
21 cscxcotxdx cscx+C
22 sin2xdx 12(xsinxcosx)+C
23 cos2xdx 12(x+sinxcosx)+C
24 sinnxdx sinn1xcosxn+n1nsinn2xdx
25 cosnxdx cosn1xsinxn+n1ncosn2xdx
26 arctanxdx xarctanx12ln|1+x2|+C
27 sinhxdx coshx+C
28 coshxdx sinhx+C
29 tanhxdx ln|coshx|+C
30 cschxdx ln|tanhx2|+C
31 sechxdx arctan(sinhx)+C
32 cothxdx ln|sinhx|+C

Tích Phân Hàm Số Hyperboly

Dưới đây là danh sách tích phân với hàm hypebolic.

sinhcxdx=1ccoshcx
coshcxdx=1csinhcx
sinh2cxdx=14csinh2cxx2
cosh2cxdx=14csinh2cx+x2
sinhncxdx=1cnsinhn1cxcoshcxn1nsinhn2cxdxn>0)
hay: sinhncxdx=1c(n+1)sinhn+1cxcoshcxn+2n+1sinhn+2cxdxn<0n1)
coshncxdx=1cnsinhcxcoshn1cx+n1ncoshn2cxdxn>0)
hay: coshncxdx=1c(n+1)sinhcxcoshn+1cxn+2n+1coshn+2cxdxn<0n1)
dxsinhcx=1cln|tanhcx2|
hay: dxsinhcx=1cln|coshcx1sinhcx|
hay: dxsinhcx=1cln|sinhcxcoshcx+1|
hay: dxsinhcx=1cln|coshcx1coshcx+1|
dxcoshcx=2carctanecx
dxsinhncx=coshcxc(n1)sinhn1cxn2n1dxsinhn2cxn1)
dxcoshncx=sinhcxc(n1)coshn1cx+n2n1dxcoshn2cxn1)
coshncxsinhmcxdx=coshn1cxc(nm)sinhm1cx+n1nmcoshn2cxsinhmcxdxmn)
hay: coshncxsinhmcxdx=coshn+1cxc(m1)sinhm1cx+nm+2m1coshncxsinhm2cxdxm1)
hay: coshncxsinhmcxdx=coshn1cxc(m1)sinhm1cx+n1m1coshn2cxsinhm2cxdxm1)
sinhmcxcoshncxdx=sinhm1cxc(mn)coshn1cx+m1mnsinhm2cxcoshncxdxmn)
hay: sinhmcxcoshncxdx=sinhm+1cxc(n1)coshn1cx+mn+2n1sinhmcxcoshn2cxdxn1)
hay: sinhmcxcoshncxdx=sinhm1cxc(n1)coshn1cx+m1n1sinhm2cxcoshn2cxdxn1)
xsinhcxdx=1cxcoshcx1c2sinhcx
xcoshcxdx=1cxsinhcx1c2coshcx
tanhcxdx=1cln|coshcx|
cothcxdx=1cln|sinhcx|
tanhncxdx=1c(n1)tanhn1cx+tanhn2cxdxn1)
cothncxdx=1c(n1)cothn1cx+cothn2cxdxn1)
sinhbxsinhcxdx=1b2c2(bsinhcxcoshbxccoshcxsinhbx)b2c2)
coshbxcoshcxdx=1b2c2(bsinhbxcoshcxcsinhcxcoshbx)b2c2)
coshbxsinhcxdx=1b2c2(bsinhbxsinhcxccoshbxcoshcx)b2c2)
sinh(ax+b)sin(cx+d)dx=aa2+c2cosh(ax+b)sin(cx+d)ca2+c2sinh(ax+b)cos(cx+d)
sinh(ax+b)cos(cx+d)dx=aa2+c2cosh(ax+b)cos(cx+d)+ca2+c2sinh(ax+b)sin(cx+d)
cosh(ax+b)sin(cx+d)dx=aa2+c2sinh(ax+b)sin(cx+d)ca2+c2cosh(ax+b)cos(cx+d)
cosh(ax+b)cos(cx+d)dx=aa2+c2sinh(ax+b)cos(cx+d)+ca2+c2cosh(ax+b)sin(cx+d)

Tích Phân Hàm Số Hyperboly Ngược

Dưới đây là danh sách các tích phân với hàm hypebolic ngược.

arsinhxcdx=xarsinhxcx2+c2
arcoshxcdx=xarcoshxcx2c2
artanhxcdx=xartanhxc+c2ln|c2x2||x|<|c|)
arcothxcdx=xarcothxc+c2ln|x2c2||x|>|c|)
arsechxcdx=xarsechxccarctanxcxc+xxcx(0,c))
arcschxcdx=xarcschxc+clnx+x2+c2cx(0,c))

Tích phân hàm số Logarit

Dưới đây là danh sách tích phân với hàm lôgarít.

Chú ý: bài này quy ước x>0.

lncxdx=xlncxx
  • (lnx)2dx=x(lnx)22xlnx+2x
  • (lncx)ndx=x(lncx)nn(lncx)n1dx
  • dxlnx=ln|lnx|+lnx+i=2(lnx)iii!
  • dx(lnx)n=x(n1)(lnx)n1+1n1dx(lnx)n1n1)
  • xmlnxdx=xm+1(lnxm+11(m+1)2)m1)
  • xm(lnx)ndx=xm+1(lnx)nm+1nm+1xm(lnx)n1dxm1)
  • (lnx)ndxx=(lnx)n+1n+1n1)
  • lnxdxxm=lnx(m1)xm11(m1)2xm1m1)
  • (lnx)ndxxm=(lnx)n(m1)xm1+nm1(lnx)n1dxxmm1)
  • xmdx(lnx)n=xm+1(n1)(lnx)n1+m+1n1xmdx(lnx)n1n1)
  • dxxlnx=ln|lnx|
  • dxxnlnx=ln|lnx|+i=1(1)i(n1)i(lnx)iii!
  • dxx(lnx)n=1(n1)(lnx)n1n1)
  • sin(lnx)dx=x2(sin(lnx)cos(lnx))
  • cos(lnx)dx=x2(sin(lnx)+cos(lnx))

Tích phân hàm số mũ

Dưới đây là danh sách các tích phân với hàm mũ.

ecxdx=1cecx
acxdx=1clnaacxa>0, a1)
xecxdx=ecxc2(cx1)
x2ecxdx=ecx(x2c2xc2+2c3)
xnecxdx=1cxnecxncxn1ecxdx
ecxdxx=ln|x|+i=1(cx)iii!
ecxdxxn=1n1(ecxxn1+cecxxn1dx)n1)
ecxlnxdx=1cecxln|x|Ei(cx)
ecxsinbxdx=ecxc2+b2(csinbxbcosbx)
ecxcosbxdx=ecxc2+b2(ccosbx+bsinbx)
ecxsinnxdx=ecxsinn1xc2+n2(csinxncosx)+n(n1)c2+n2ecxsinn2xdx
ecxcosnxdx=ecxcosn1xc2+n2(ccosx+nsinx)+n(n1)c2+n2ecxcosn2xdx
xecx2dx=12cecx2
1σ2πe(xμ)2/2σ2dx=12σ(1+erfxμσ2)
ex2dx=ex2(j=0n1c2j1x2j+1)+(2n1)c2n2ex2x2ndx(n>0),
với c2j=135(2j1)2j+1=2j!j!22j+1 .
eax2dx=πa
0x2nex2/a2dx=π(2n)!n!(a2)2n+1

Tích phân hàm số lượng giác

Tích phân hàm số sine

sinaxdx=1acosax+C
sin2axdx=x214asin2ax+C=x212asinaxcosax+C
xsin2axdx=x24x4asin2ax18a2cos2ax+C
x2sin2axdx=x36(x24a18a3)sin2axx4a2cos2ax+C
sinb1xsinb2xdx=sin((b1b2)x)2(b1b2)sin((b1+b2)x)2(b1+b2)+C(for |b1||b2|)
sinnaxdx=sinn1axcosaxna+n1nsinn2axdx(for n>0)
dxsinax=1aln|tanax2|+C
dxsinnax=cosaxa(1n)sinn1ax+n2n1dxsinn2ax(for n>1)
xsinaxdx=sinaxa2xcosaxa+C
xnsinaxdx=xnacosax+naxn1cosaxdx(for n>0)
a2a2x2sin2nπxadx=a3(n2π26)24n2π2(for n=2,4,6...)
sinaxxdx=n=0(1)n(ax)2n+1(2n+1)(2n+1)!+C
sinaxxndx=sinax(n1)xn1+an1cosaxxn1dx
dx1±sinax=1atan(ax2π4)+C
xdx1+sinax=xatan(ax2π4)+2a2ln|cos(ax2π4)|+C
xdx1sinax=xacot(π4ax2)+2a2ln|sin(π4ax2)|+C
sinaxdx1±sinax=±x+1atan(π4ax2)+C
  • Tích phân bất định cosine
cosaxdx=1asinax+C
cosnaxdx=cosn1axsinaxna+n1ncosn2axdx(for n>0)
xcosaxdx=cosaxa2+xsinaxa+C
cos2axdx=x2+14asin2ax+C=x2+12asinaxcosax+C
x2cos2axdx=x36+(x24a18a3)sin2ax+x4a2cos2ax+C
xncosaxdx=xnsinaxanaxn1sinaxdx
cosaxxdx=ln|ax|+k=1(1)k(ax)2k2k(2k)!+C
cosaxxndx=cosax(n1)xn1an1sinaxxn1dx(for n1)
dxcosax=1aln|tan(ax2+π4)|+C
dxcosnax=sinaxa(n1)cosn1ax+n2n1dxcosn2ax(for n>1)
dx1+cosax=1atanax2+C
dx1cosax=1acotax2+C
xdx1+cosax=xatanax2+2a2ln|cosax2|+C
xdx1cosax=xacotax2+2a2ln|sinax2|+C
cosaxdx1+cosax=x1atanax2+C
cosaxdx1cosax=x1acotax2+C
cosa1xcosa2xdx=sin(a1a2)x2(a1a2)+sin(a1+a2)x2(a1+a2)+C(for |a1||a2|)
tanaxdx=1aln|cosax|+C=1aln|secax|+C
tannaxdx=1a(n1)tann1axtann2axdx(for n1)
dxqtanax+p=1p2+q2(px+qaln|qsinax+pcosax|)+C(for p2+q20)


dxtanax=1aln|sinax|+C
dxtanax+1=x2+12aln|sinax+cosax|+C
dxtanax1=x2+12aln|sinaxcosax|+C
tanaxdxtanax+1=x212aln|sinax+cosax|+C
tanaxdxtanax1=x2+12aln|sinaxcosax|+C
  • Tích phân bất địnhonly secant
secaxdx=1aln|secax+tanax|+C
secnaxdx=secn1axsinaxa(n1)+n2n1secn2axdx (for n1)
secnxdx=secn2xtanxn1+n2n1secn2xdx
dxsecx+1=xtanx2+C
cscaxdx=1aln|cscaxcotax|+C
csc2xdx=cotx+C
cscnaxdx=cscn1axcosaxa(n1)+n2n1cscn2axdx (for n1)
cotaxdx=1aln|sinax|+C
cotnaxdx=1a(n1)cotn1axcotn2axdx(for n1)
dx1+cotax=tanaxdxtanax+1
dx1cotax=tanaxdxtanax1
dxcosax±sinax=1a2ln|tan(ax2±π8)|+C
dx(cosax±sinax)2=12atan(axπ4)+C
dx(cosx+sinx)n=1n1(sinxcosx(cosx+sinx)n12(n2)dx(cosx+sinx)n2)
cosaxdxcosax+sinax=x2+12aln|sinax+cosax|+C
cosaxdxcosaxsinax=x212aln|sinaxcosax|+C
sinaxdxcosax+sinax=x212aln|sinax+cosax|+C
sinaxdxcosaxsinax=x212aln|sinaxcosax|+C
cosaxdxsinax(1+cosax)=14atan2ax2+12aln|tanax2|+C
cosaxdxsinax(1+cosax)=14acot2ax212aln|tanax2|+C
sinaxdxcosax(1+sinax)=14acot2(ax2+π4)+12aln|tan(ax2+π4)|+C
sinaxdxcosax(1sinax)=14atan2(ax2+π4)12aln|tan(ax2+π4)|+C
sinaxcosaxdx=12asin2ax+C
sina1xcosa2xdx=cos(a1+a2)x2(a1+a2)cos(a1a2)x2(a1a2)+C(for |a1||a2|)
sinnaxcosaxdx=1a(n+1)sinn+1ax+C(for n1)
sinaxcosnaxdx=1a(n+1)cosn+1ax+C(for n1)
sinnaxcosmaxdx=sinn1axcosm+1axa(n+m)+n1n+msinn2axcosmaxdx(for m,n>0)
also: sinnaxcosmaxdx=sinn+1axcosm1axa(n+m)+m1n+msinnaxcosm2axdx(for m,n>0)
dxsinaxcosax=1aln|tanax|+C
dxsinaxcosnax=1a(n1)cosn1ax+dxsinaxcosn2ax(for n1)
dxsinnaxcosax=1a(n1)sinn1ax+dxsinn2axcosax(for n1)
sinaxdxcosnax=1a(n1)cosn1ax+C(for n1)
sin2axdxcosax=1asinax+1aln|tan(π4+ax2)|+C
sin2axdxcosnax=sinaxa(n1)cosn1ax1n1dxcosn2ax(for n1)
sinnaxdxcosax=sinn1axa(n1)+sinn2axdxcosax(for n1)
sinnaxdxcosmax=sinn+1axa(m1)cosm1axnm+2m1sinnaxdxcosm2ax(for m1)
also: sinnaxdxcosmax=sinn1axa(nm)cosm1ax+n1nmsinn2axdxcosmax(for mn)
also: sinnaxdxcosmax=sinn1axa(m1)cosm1axn1m1sinn2axdxcosm2ax(for m1)
cosaxdxsinnax=1a(n1)sinn1ax+C(for n1)
cos2axdxsinax=1a(cosax+ln|tanax2|)+C
cos2axdxsinnax=1n1(cosaxasinn1ax)+dxsinn2ax)(for n1)
cosnaxdxsinmax=cosn+1axa(m1)sinm1axnm2m1cosnaxdxsinm2ax(for m1)
also: cosnaxdxsinmax=cosn1axa(nm)sinm1ax+n1nmcosn2axdxsinmax(for mn)
also: cosnaxdxsinmax=cosn1axa(m1)sinm1axn1m1cosn2axdxsinm2ax(for m1)
sinaxtanaxdx=1a(ln|secax+tanax|sinax)+C
tannaxdxsin2ax=1a(n1)tann1(ax)+C(for n1)
tannaxdxcos2ax=1a(n+1)tann+1ax+C(for n1)
cotnaxdxsin2ax=1a(n+1)cotn+1ax+C(for n1)
cotnaxdxcos2ax=1a(1n)tan1nax+C(for n1)
  • Tích phân bất định
ccsinxdx=0
cccosxdx=20ccosxdx=2c0cosxdx=2sinc
cctanxdx=0
a2a2x2cos2nπxadx=a3(n2π26)24n2π2(for n=1,3,5...)

Tích phân hàm lượng giác ngược

Dưới đây là danh sách các tích phân với hàm lượng giác ngược.

arcsinxcdx=xarcsinxc+c2x2
xarcsinxcdx=(x22c24)arcsinxc+x4c2x2
x2arcsinxcdx=x33arcsinxc+x2+2c29c2x2
xnsin1xdx=1n+1(xn+1sin1x
+xn1x2nxn1sin1xn1+nxn2sin1xdx)
arccosxcdx=xarccosxcc2x2
xarccosxcdx=(x22c24)arccosxcx4c2x2
x2arccosxcdx=x33arccosxcx2+2c29c2x2
arctanxcdx=xarctanxcc2ln(c2+x2)
xarctanxcdx=c2+x22arctanxccx2
x2arctanxcdx=x33arctanxccx26+c36lnc2+x2
xnarctanxcdx=xn+1n+1arctanxccn+1xn+1dxc2+x2n1)
arcsecxcdx=xarcsecxc+xc|x|ln|x±x21|
xarcsecxdx=12(x2arcsecxx21)
xnarcsecxdx=1n+1(xn+1arcsecx1n(xn1x21
+(1n)(xn1arcsecx+(1n)xn2arcsecxdx)))
arccotxcdx=xarccotxc+c2ln(c2+x2)
xarccotxcdx=c2+x22arccotxc+cx2
x2arccotxcdx=x33arccotxc+cx26c36ln(c2+x2)
xnarccotxcdx=xn+1n+1arccotxc+cn+1xn+1dxc2+x2n1)

Hoán chuyển tích phân

Phép toán giải tích của một tích phân xác định dùng trong việc Hoán chuyển hệ tóan bao gồm 2 lọai hóan chuyển Hoán chuyển LaplaceHoán chuyển Fourier

Hoán chuyển Laplace

Hoán chuyển Laplace là phép toán tích phân dùng trong việc hoán chuyển hệ thời gian t sang hệ Laplace s dùng công thức sau

{f(t)}=F(s)=0f(t)estdt
Hàm số hệ thời gian Hàm số tương dương hệ số Laplace
f(t)>F(s) {f(t)}=F(s)=0f(t)estdt
dndtnf(t) snf(t)
nf(t)dtn snf(t)


Thí dụ

Công cụ điện Hàm số hệ thời gian Hàm số tương dương hệ số Laplace
Điện thế tụ điện vC=1Ci(t)dt 1Csi(t)
Dòng điện tụ điện iC=Cddtv(t) sCv(t)
Điện thế cuộn từ vL=Lddti(t)dt sLi(t)
Dòng điện cuộn từ iL=1Lv(t) 1Lsv(t)

Biến đổi Laplace ngược

Biến đổi Laplace ngược giúp chúng ta tìm lại hàm gốc f(t) từ hàm ảnh F(s)

1{F(s)}=f(t)=12πiγiγ+iestF(s)ds

Hoán Chuyển Fourier

Phép biến đổi Fourier là cách tiếp cận miền tần số cho các tín hiệu thời gian liên tục bất kể hệ thống có ổn định hay không ổn định. Phép biến đổi Laplace của hàm số f(t), được định nghĩa cho tất cả số thực t ≥ 0, là hàm số F(jω), Đó là một biến đổi đơn phương được định nghĩa bởi:

{f(t)}=F(s)=0f(t)ejωtdt

Trong đó

s là biến số phức cho bởi s=σ+jω
s là miền tần số và có đơn vị là nghịch đảo của giây (second) s1
Hàm số hệ thời gian Hàm số tương dương hệ số Laplace
f(t)>F(s) {f(t)}=F(s)=0f(t)ejωtdt
dndtnf(t) jωnf(t)
nf(t)dtn jωnf(t)


Thí dụ

Công cụ điện Hàm số hệ thời gian Hàm số tương dương hệ số Laplace
Điện thế tụ điện vC=1Ci(t)dt 1Cjωi(t)
Dòng điện tụ điện iC=Cddtv(t) jωCv(t)
Điện thế cuộn từ vL=Lddti(t)dt ωLi(t)
Dòng điện cuộn từ iL=1Lv(t) 1Ljωv(t)

Ứng dụng

Hoán Chuyển Laplace
Định nghỉa f(t)>F(s) . {f(t)}=F(s)=0f(t)estdt
Thí dụ Time domain Laplace domain
ddt s
ddtf(t) sf(t)
dndtnf(t) snf(t)
dt 1s=s
f(t)dt 1sf(t)=sf(t)
Hoán Chuyển Fourier
Định nghỉa f(t)>F(jω) . {f(t)}=F(s)=0f(t)ejωtdt
Thí dụ Time domain Fourier
ddt jω
ddtf(t) jωf(t)
dndtnf(t) snf(t)
dt 1jω=jω
f(t)dt 1jωf(t)=sf(t)
Ứng dụng hoán chuyển tích phân
Hệ thời gian Hệ Laplace Hệ Fourier Hệ Góc độ
ddt s jω ω90o
dt 1s 1jω 1ω90o
Thí dụ vL=LdiLdt
vL=sL . Hoán chuyển hệ Laplace
vL=jωL . Hoán chuyển hệ Fourier
vL=ωL90o . Hoán chuyển hệ góc độ
iL=1LvLdt
iL=1sL . Hoán chuyển hệ Laplace
iL=1jωL . Hoán chuyển hệ Fourier
iL=1ωL90o . Hoán chuyển hệ góc độ


Xem thêm