考研数学中积分的计算方法主要分为以下几类,并结合具体技巧进行说明:
一、基本积分类型与方法
不定积分 - 凑微分法(第一类换元法):
通过代换简化被积函数,例如$\int x\cos x\,dx$可令$u = x$,$dv = \cos x\,dx$,再积分。
- 分部积分法:适用于两个函数乘积的积分,公式为$\int u\,dv = uv - \int v\,du$,常用于含反三角函数或对数函数的情况。
定积分 - 牛顿-莱布尼茨公式:
$\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a)$,其中$F(x)$是$f(x)$的原函数。
- 对称性:若$f(x)$为偶函数,$\int_{-a}^a f(x)\,dx = 2\int_0^a f(x)\,dx$;若为奇函数,$\int_{-a}^a f(x)\,dx = 0$。
- 换元法:通过变量代换(如三角换元$x = a\sin t$)简化积分,尤其适用于根号或复杂函数。
反常积分 - 处理积分区间包含无穷大或振荡间断点的情况,需分别计算极限,例如$\int_1^\infty \frac{1}{x^2}\,dx = \lim_{b\to\infty}\left(-\frac{1}{x}\right)\Big|_1^b$。
二重积分
- 直角坐标系: 将区域$D$表示为$x$和$y$的累次积分,需选择积分次序。 - 极坐标系
二、典型计算技巧
凑微分法示例
计算$\int x\sqrt{1-x^2}\,dx$,令$u = 1 - x^2$,则$du = -2x\,dx$,积分变为$-\frac{1}{2}\int \sqrt{u}\,du$。
三角换元法示例
计算$\int \frac{1}{1+x^2}\,dx$,令$x = \tan t$,则$dx = \sec^2 t\,dt$,积分变为$\int \frac{\sec^2 t}{1+\tan^2 t}\,dt = \arctan x + C$。
分部积分法示例
计算$\int x\ln x\,dx$,令$u = \ln x$,$dv = x\,dx$,则$du = \frac{1}{x}\,dx$,积分变为$x\ln x - \int 1\,dx = x\ln x - x + C$。
三、注意事项
定积分计算需注意积分上下限的代换规则,换元后需调整积分限。
反常积分需单独判断收敛性,常用比较判别法或极限审敛法。
二重积分的极坐标变换需结合区域形状选择积分次序。
建议结合具体题型选择方法,多做练习题巩固技巧,尤其是几何意义和对称性应用。