Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования

Пример 2

Вычислить несобственный интеграл или установить его расходимость.
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Выполним чертеж:
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Во-первых, замечаем следующее: подынтегральная функция Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru непрерывна на полуинтервале Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru . Гуд. Решаем с помощью формулы Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru :

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

(1) Берем простейший интеграл от степенной функции (этот частный случай есть во многих таблицах). Минус лучше сразу вынести за знак предела, чтобы он не путался под ногами в дальнейших вычислениях.

(2) Подставляем верхний и нижний пределы по формуле Ньютона-Лейбница.

(3) Указываем, что Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru при Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru (Господа, это уже давно нужно понимать) и упрощаем ответ.

Вот здесь площадь бесконечной криволинейной трапеции равна конечному числу! Невероятно, но факт.

Чистовое оформление примера должно выглядеть примерно так:


Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru
Подынтегральная функция непрерывна на Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Рассмотрим более содержательные примеры.

Пример 3

Вычислить несобственный интеграл или установить его расходимость.
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Подынтегральная функция непрерывна на Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru .

Интеграл не так прост, особенно для чайника. Что делать, если интеграл кажется не самым простым или не сразу понятно как его решать? В этом случае целесообразно применить алгоритм, о котором я уже рассказал в статье Определенный интеграл. Примеры решений.

Сначала попытаемся найти первообразную функцию Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru (неопределенный интеграл). Если нам не удастся этого сделать, то несобственный интеграл мы, естественно, тоже не решим.

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

На какой из табличных интегралов похожа подынтегральная функция? Напоминает она арктангенс: Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru . Из этих соображений напрашивается мысль, что неплохо бы в знаменателе получить квадрат. Делается это путем замены.

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Проведем замену: Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Неопределенный интеграл найден, константу Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru в данном случае добавлять не имеет смысла.

На черновике всегда полезно выполнить проверку, то есть продифференцировать полученный результат:

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Получена исходная подынтегральная функция, значит, неопределенный интеграл найден правильно.

Теперь находим несобственный интеграл:

Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

(1) Записываем решение в соответствии с формулой Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru . Константу лучше сразу вынести за знак предела, чтобы она не мешалась в дальнейших вычислениях.

(2) Подставляем верхний и нижний пределы в соответствии с формулой Ньютона-Лейбница. Почему Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru при Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru ? Смотрите график арктангенса в уже неоднократно рекомендованной статье.

(3) Получаем окончательный ответ. Тот факт, что Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru полезно знать наизусть.

Продвинутые студенты могут не находить отдельно неопределенный интеграл, и не использовать метод замены, а использовать метод подведения функции под знак дифференциала и решать несобственный интеграл «сразу». В этом случае решение должно выглядеть примерно так:


Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru
Подынтегральная функция непрерывна на Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru .
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

А сейчас два примера для самостоятельного решения.

Пример 4

Вычислить несобственный интеграл или установить его расходимость.
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

! Это типовой пример, и похожие интегралы встречаются очень часто. Хорошо его проработайте! Первообразная функция здесь находится методом выделения полного квадрата, более подробно с методом можно ознакомиться на уроке Интегрирование некоторых дробей.

Пример 5

Вычислить несобственный интеграл или установить его расходимость.
Всегда смотрим и записываем, является ли подынтегральная функция непрерывной на интервале интегрирования - student2.ru

Этот интеграл можно решить подробно, то есть сначала найти неопределенный интеграл, проведя замену переменной. А можно решить «сразу» – подведением функции под знак дифференциала. У кого какая математическая подготовка.

Полные решения и ответы в конце урока.

Примеры решений несобственных интегралов с бесконечным нижним пределом интегрирования можно посмотреть на странице Эффективные методы решения несобственных интегралов. Там же разобран случай, когда оба предела интегрирования бесконечны.

Наши рекомендации