В разделе «Дифференциальное исчисление функций одной переменной» рассматривалась задача: по заданной функции найти ее производную. В данном разделе – «Интегральное исчисление функций одной переменной» решается обратная задача: известна производная функции , а нужно найти саму функцию . Например, с механической точки зрения это означает, что по известной скорости движения материальной точки необходимо восстановить закон ее движения, т.е. зависимость пройденного пути от времени.
Во многих областях науки и техники приходится решать задачу восстановления функции по известной ее производной.
Функция называется первообразной функцией для функции на интервале , если она дифференцируема на и .
Например, для функции первообразной является функция на , поскольку . Заметим, что первообразной для на является также любая из функций , где – любое число.
► Запишите первообразные для функций
.
Справедливо следующее утверждение: если – первообразная для функции на , то , где – произвольная постоянная, также первообразная для на . Более того, любая другая первообразная имеет такой же вид.
Совокупность всех первообразных для функции на интервале называется неопределенным интегралом от функции и обозначается символом . Таким образом,
если .
При этом функция называется подынтегральной функцией, называется подынтегральным выражением.
Рис. 2.1.
Нахождение первообразной для данной функции называется интегрированием функции . Если функция непрерывна на , то для нее существует первообразная на , а, следовательно, неопределенный интеграл, т.е. функция интегрируема на .
► Запишите определение первообразной и неопределенного интеграла.
► Всякая ли функция интегрируема на интервале ?
Укажем ряд свойств неопределенного интеграла, вытекающих из его определения.
1. .
2. .
3. или .
4. , - постоянная величина.
5. .
6. Если , то
.
► Запишите словесные формулировки свойств 1-5 неопределенного интеграла.
Непосредственно из определения неопределенного интеграла и таблицы производных, приведенной в разделе «Дифференциальное исчисление функций одной переменной», вытекает таблица интегралов (справедливость написанных в ней равенств легко проверить применением первого свойства неопределенного интеграла):
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. | 11. 12. 13. 14. 15. 16 17. 18. 19. 20. 21 22. |
► Найти неопределенные интегралы:
1. , 2. , 3. , 4. , 5. .
Отметим три основных метода нахождения неопределенного интеграла:
1) непосредственное интегрирование;
2) метод замены переменной (метод подстановки);
3) метод интегрирования по частям.
Непосредственное интегрирование.
Непосредственное интегрирование – это нахождение неопределенного интеграла путем использования его основных свойств и таблицы интегралов.
Пример 2.1. Найти неопределенные интегралы и проверить правильность полученных результатов.
1. ; 2. .
Решение. Для нахождения заданных интегралов используем свойство 5), а затем 4) неопределенных интегралов: неопределенный интеграл от суммы нескольких функций равен сумме неопределенных интегралов от этих функций и постоянный множитель можно выносить за знак неопределенного интеграла.
1)
2)
Проверка. В соответствии со свойством 1) неопределенного интеграла производная от полученного результата должна совпадать с подинтегральной функцией.
1)
2)
В обоих случаях результат дифференцирования совпадает с подынтегральной функцией, следовательно, интегралы найдены верно.
▶ Найти неопределенные интегралы. Проверить правильность полученных результатов.
а) , б) ,
в) .
Ответ: