TÍCH PHÂN HÀM CHỨA CĂN THỨC
I. KIẾN THỨC
Cần nhớ một số công thức tìm nguyên hàm sau :
- ∫f′(x)2√f(x)dx=√f(x)+C
- ∫1√x2+bdx=ln|x+√x2+b|+C
- Mở rộng : ∫u′(x)√u2(x)+bdu=ln|u(x)+√u2(x)+b|+C
II. MỘT SỐ DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP
1. Tích phân dạng : I=β∫α1√ax2+bx+cdx(a≠0)
a. Lý thuyết :
Từ : f(x) = ax2+bx+c=a[(x+b2a)2−Δ4a2]⇒{+b2a=u√Δ2a=K↔du=dx
Khi đó ta có :
- Nếu Δ<0,a>0⇒f(x)=a(u2+k2)⇔√f(x)=√a.√u2+k2
(1)
- Nếu : Δ=0⇒f(x)=a(x+b2a)2⇔{>0√f(x)=√a|x+b2a|=√a.|u| (2)
- Nếu : Δ>0.
+/ Với a>0 : f(x)=a(x−x1)(x−x2)⇔√f(x)=√a.√(x−x1)(x−x2) (3)
+/ Với a<0 : f(x)=−a(x1−x)(x2−x)⇔√f(x)=√−a.√(x1−x)(x2−x) (4)
Căn cứ vào phân tích trên , ta có một số cách giải sau :
b. Cách giải.
*. Trường hợp : Δ<0,a>0⇒f(x)=a(u2+k2)⇔√f(x)=√a.√u2+k2
Khi đó đặt :
√ax2+bx+c=t−√a.x⇒{x+c=t2−2√axx=α→t=t0,x=β→t=t1⇔{=t2−cb+2√a;dx=2(b+2√a)tdtt−√a.x=t−√at2−cb+2√a
*. Trường hợp : Δ=0⇒f(x)=a(x+b2a)2⇔{>0√f(x)=√a|x+b2a|=√a.|u|
Khi đó : I=β∫α1√a|x+b2a|dx=1√aβ∫α1|x+b2a|dx=[1√aln(x+b2a)|βα:x+b2a>0−1√aln(x+b2a)|βα:x+b2a<0
*. Trường hợp : Δ>0,a>0
- Đặt : \displaystyle{\sqrt {{\text{a}}{{\text{x}}^{\text{2}}} + bx + c} = \sqrt
{a\left( {x - {x_1}} \right)\left( {x - {x_2}} \right)} = \left[
\begin{array}
\left( {x - {x_1}} \right)t \\
\left( {x - {x_2}} \right)t \\
\end{array} \right.}
*. Trường hợp : Δ>0,a<0
- Đặt : \displaystyle{\sqrt {{\text{a}}{{\text{x}}^{\text{2}}} + bx + c} = \sqrt
{a\left( {{x_1} - x} \right)\left( {{x_2} - x} \right)} = \left[
\begin{array}
\left( {{x_1} - x} \right)t \\
\left( {{x_2} - x} \right)t \\
\end{array} \right.}
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau : I=1∫−1dx√x2−2x+5. ( a>0 )
Giải
-Ta có : Δ′=−4<0,a=1>0
- Đặt : √x2−2x+5=t−x⇒t=x+√x2−2x+5↔t−1=x−1+√x2−2x+5.
⇔dt=(1+x−1√x2−2x+5)dx=t√x2−2x+5dx⇒dtt−1=dx√x2−2x+5
- Khi : x=-1,t=√8−1,x=1,t=3
Do đó:⇒I=1∫−1dx√x2−2x+5=3∫2(√2−1)dtt−1 Vậy I=ln|t−1||32(√2−1)=ln22(√2−1)=ln(√2+1)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau . I=2∫01√1+2x−x2dx. ( a<0 )
Giải
Ta có : f(x)=1√1+2x−x2=1√2−(x−1)2(∗)=1√(√2+1−x)(√2−1+x) .
Nếu theo phương pháp chung thì :
Đặt : √(√2+1−x)(√2−1+x)=(√2+1−x)t⇔(√2+1−x)(√2−1+x)=t2(√2+1−x)2
⇔(√2−1+x)=(√2+1−x)t2⇒x=(√2+1)t2−√2+11+t2. ...
Ta có thể sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 1.
Đặt : x−1=√2sint⇒{x=√2costdt.x = 0→t = - π4;x=2→t=π4f(x)dx=1√2(1−sin2t)√2costdt = dt. Vì : t∈[π4;π4]↔cost > 0
Vậy : I=π4∫−π4dt=t|π4−π4=π4+π4=π2
2. Tích phân dạng
: I=β∫αmx+n√ax2+bx+cdx(a≠0)
Phương pháp:
1. Phân tích f(x)=mx+n√ax2+bx+c=A.d(√ax2+bx+c)√ax2+bx+c+B√ax2+bx+c(1)
2. Quy đồng mẫu số , sau đó đồng nhất hệ số hai tử số để suy ra hệ hai ẩn số
A,B
3. Giải hệ tìm A,B thay vào (1)
4. Tính I =2A(√ax2+bx+c)|βα+Bβ∫α1√ax2+bx+cdx (2)
Trong đó β∫α1√ax2+bx+cdx(a≠0)
đã biết cách tính ở trên
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau I=1∫−1x+2√x2−2x+5dx. (a>0)
Giải
- Ta có : f(x)=x+2√x2−2x+5=A(2x−2)√x2−2x+5+B√x2−2x+5=2Ax+B−2A√x2−2x+5(1)
- Đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ :
{A=1B−2A=2⇔{=12B=3⇒f(x)=12(2x−2)√x2−2x+5+31√x2−2x+5
- Vậy : I=1∫−1f(x)dx=1∫−1(x−1)dx√x2−2x+5+31∫−11√x2−2x+5dx.
Theo kết quả trên , ta có kết quả :
I=(√x2−2x+5)|1−1+3ln(√2+1)=2−2√2+3ln(√2+1)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau I=2∫02x−3√1+2x−x2dx
Giải
Ta có : 2x−3√1+2x−x2=A(2−2x)√1+2x−x2+B√1+2x−x2=−2Ax+(2A+B)√1+2x−x2
Đồng nhất hệ số hai tử số ta có : {2A=22A+B=−3⇔{=−1B=−1
Vậy : I=−22∫0(1−x)dx√1+2x−x2−2∫01√1+2x−x2dx=−2(√1+2x−x2)|20−2∫01√1+2x−x2dx(2)
Theo kết quả đã tính ở ví dụ trên ta có : I=−π2
Ví dụ 3.
Tính tích phân sau I=1∫0(x+4)dx√x2+4x+5.
Giải
Ta có : f(x)=(x+4)√x2+4x+5=(x+2)√x2+4x+5+2√x2+4x+5
Vậy : I=1∫0(x+4)dx√x2+4x+5=121∫02(x+2)dx√x2+4x+5+21∫01√(x+2)2+1dx=12ln√x2+4x+1|10+2J (1)
Tính J : Đặt t=x+2+√(x+2)2+1⇒dt=(1+(x+2)√(x+2)2+1)dx=t√(x+2)2+1dx
Hay : dtt=dx√(x+2)2+1. Khi x=0, t=2+√5; x=1, t=3+√10.
Do đó : J=3+√10∫2+√5dtt=ln|t||3+√102+√5=ln(3+√102+√5). Thay vào (1) ta tìm được I
I=√10−√5+2ln(3+√102+√5)
3. Tích phân dạng
: I=β∫α1(mx+n)√ax2+bx+cdx(a≠0)
Phương pháp:
1. Phân tích: 1(mx+n)√ax2+bx+c=1m(x+nm)√ax2+bx+c. (1)
2. Đặt : 1y=x+nm⇒{=1x+t(t=nm)→dy=−1x+tdxx=1y−t⇒ax2+bx+c=a(1y−t)2+b(1y−t)+c
3. Thay tất cả vào (1) thì I có dạng : I=±β′∫α′dy√Ly2+My+N.
Tích phân này chúng ta đã biết cách tính .
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau 3∫2dx(x−1)√−x2+2x+3
Giải
Đặt : x−1=1y⇒{=1+1y;dx=−1y2x=2→y=1;x=3→y=12
Khi đó :
−x2+2x+3=−(1+1y)2+2(1+1y)+3=−1y2+4=4y2−1y2⇔√−x2+2x+3=√4y2−1|y|
Vậy : I=−12∫1dy√4y2−1=121∫12dy√y2−14=12ln|y+√y2−14||112=12ln(2+√3)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau 1∫0(3x+2)dx(x+1)√x2+3x+3
Giải
- Trước hết ta phân tích :
(3x+2)(x+1)√x2+3x+3=3(x+1)(x+1)√x2+3x+3−1(x+1)√x2+3x+3
=3√x2+3x+3−1(x+1)√x2+3x+3
Đáp số : I=3ln5+2√73+2√3+ln2+√73+2√3
4. Tích phân dạng
: I=β∫αR(x;y)dx=β∫αR(x;m√αx+βγx+δ)dx
(Trong đó : R(x;y) là hàm số hữu tỷ đối với hai biến số x,y và
α,β,γ,δ là các hằng số đã biết)
Phương pháp:
1. Đặt : t=m√αx+βγx+δ
(1)
2. Tính x theo t : Bằng cách nâng lũy thừa bậc m hai vế của (1) ta có dạng x=φ(t)
3. Tính vi phân hai vế : dx=φ′(t)dt và đổi cận
4. Cuối cùng ta tính : β∫αR(x;m√αx+βγx+δ)dx=β′∫α′R(φ(t);t)φ′(t)dt
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau 2∫1x1+√x−1dx
Giải
- Đặt : √x−1=t⇒{=t2+1;dx=2tdt;x=1→t=0,x=2→t=1f(x)dx=t2−11+t2tdt=2t3−tt+1dt=(t2−t−2−2t+1)dt
- Vậy : 2∫1x1+√x−1dx=1∫0(t2−t−2−2t+1)dt=113−4ln2
Ví dụ 2.
Tính các tích phân sau :
a.2∫1xx+√x−1dx
b.√3∫0x3√1+x2dx
c.9∫1x3√1−xdx
d.√3∫0x5+2x3√x2+1dx e.4∫−12dx√x+5+4 f.2∫0x4√x5+1dx
Giải
a.2∫1xx+√x−1dx.
Đặt : t=√x−1⇒x=t2−1↔[x=2tdtx=1→t=0,x=2→t=1⇔I=1∫0t2−1t2−1+12tdt=21∫0(t−1t)dt
Vậy : I=2(12t2−ln|t|)|10=1
b.√3∫0x3√1+x2dx=√3∫0x2√1+x2xdx.
Đặt : t=√1+x2⇒x2=t2−1↔[dx=tdtx=0→t=1,x=√3→t=2⇔I=2∫1(t2−1)t2dt
Vậy : I=2∫1(t4−t2)dt=(15t5−13t3)|21=5815
c.9∫1x3√1−xdx.
Đặt : t=√1−x⇒x=1−t2↔[x=−2tdtx=1→t=0,x=9→t=−2⇔I=−2∫0(1−t2)t.(−2tdt)
Vậy : I=20∫−2(t2−t4)dt=2(13t3−15t5)|0−2=−11215
d.√3∫0x5+2x3√x2+1dx=√3∫0x2(x2+2)xdx√x2+1
Đặt : t=√x2+1⇒[=t2−1;xdx=tdtx=0→t=1,x=√3→t=2⇔I=2∫1(t2−1)(t2+1)t.2tdtt=22∫1(t4−1)tdt
Vậy : I=2(15t5−12t2)|21=595
e.4∫−12dx√x+5+4.
Đặt : t=√x+5⇒[=t2−5,dx=2tdtx=−1→t=2,x=4→t=3⇔I=3∫22.2tdtt+4=43∫2(1−4t+4dt)
Vậy : I=4(t−4ln|t+4|)|32=4+4(ln6−ln7)=4+4ln67
f.2∫0x4√x5+1dx=152∫0d(x5+1)√x5+1=25√x5+1|20=25(√33−1)
Ví dụ 3.
Tính các tích phân sau :
a.1∫0x5√1−x2dx
b.√3∫0√1+x2.x3dx c.2∫0x2√4−x2dx
d.2∫1xdx√2+x+√2−x e.0∫−1x√1+xdx f.1∫0x3√x2+3dx
Giải
a.1∫0x5√1−x2dx=1∫0x4√1−x2xdx
Đặt : t=√1−x2⇒[=1−t2;xdx=−tdtx=0→t=1,x=1→t=0⇔I=0∫1(1−t2)2t.(−tdt)=1∫0t2(t4−2t2+1)dt
Vậy : I = \left( {\frac{1}{7}{t^7} - \frac{2}{5}{t^5} + \frac{1}{3}{t^3}}
\right)\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
1 \\
0
\end{array} = \frac{8}{{105}}} \right.
b.\quad \int\limits_0^{\sqrt 3 } {\sqrt {1 + {x^2}} .{x^3}dx} =
\int\limits_0^{\sqrt 3 } {{x^2}\sqrt {1 + {x^2}} xdx}
Đặt : t = \sqrt {1 + {x^2}} \Rightarrow \left[ \begin{array}
{x^2} = {t^2} - 1;xdx = tdt \\
x = 0 \to t = 1,x = \sqrt 3 \to t = 2 \\
\end{array} \right. \Leftrightarrow I = \int\limits_1^2 {\left( {{t^2} -
1} \right)t.tdt = \int\limits_1^2 {\left( {{t^4} - {t^2}} \right)dt} }
Vậy : I = \left( {\frac{1}{5}{t^5} - \frac{1}{3}{t^3}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
1
\end{array} = } \right.\frac{{58}}{{15}}
c.\quad \int\limits_0^2 {{x^2}\sqrt {4 - {x^2}} dx} .
Đặt : x = 2\sin t \Rightarrow \left[ \begin{array}
dx = 2c{\text{ost}}dt;\sqrt {4 - {x^2}} - c{\text{ost}} \\
{\text{x = 0}} \to {\text{t = 0}}{\text{.x = 2}} \to {\text{t =
}}\frac{\pi }{2} \\
\end{array} \right. \Leftrightarrow I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}}
{4{{\sin }^2}t.2\cos t.2\cos tdt = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {4{{\sin
}^2}2tdt} }
Vậy : I = \int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {\left( {1 - c{\text{os4t}}}
\right)dt = \left( {t - \frac{1}{4}\sin 4t} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
{\frac{\pi }{2}} \\
0
\end{array} = } \right.} \frac{\pi }{2}
d.\quad \int\limits_1^2 {\frac{{xdx}}{{\sqrt {2 + x} + \sqrt {2 - x}
}}} = \frac{1}{2}\int\limits_1^2 {\left( {\sqrt {2 + x} - \sqrt {2
- x} } \right)dx} = \frac{1}{2}\left[ {\int\limits_1^2 {{{\left( {2 + x}
\right)}^{\frac{1}{2}}} - {{\left( {2 - x} \right)}^{\frac{1}{2}}}} }
\right]dx
- Vậy : I = \frac{1}{2}\left[ {\frac{2}{3}{{\left( {2 + x}
\right)}^{\frac{3}{2}}} + \frac{2}{3}{{\left( {2 - x} \right)}^{\frac{3}{2}}}}
\right]\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
1
\end{array} = } \right.\frac{{22}}{9} - \sqrt 3
e.\quad \int\limits_{ - 1}^0 {x\sqrt {1 + x} } dx
Đặt : t = \sqrt {1 + x} \Rightarrow \left[ \begin{array}
x = {t^2} - 1;dx = 2tdt \\
x = - 1 \to t = 0,x = 0 \to t = 1 \\
\end{array} \right. \Leftrightarrow I = \int\limits_0^1 {\left( {{t^2} -
1} \right)t.2tdt = 2\int\limits_0^1 {\left( {{t^4} - {t^2}} \right)dt} }
Vậy : I = 2\left( {\frac{1}{5}{t^5} - \frac{1}{3}{t^3}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
1 \\
0
\end{array} = 2\left( {\frac{1}{5} - \frac{1}{3}} \right) = -
\frac{4}{{15}}} \right.
f.\quad \int\limits_0^1 {{x^3}\sqrt {{x^2} + 3} } dx = \int\limits_0^1
{{x^2}\sqrt {{x^2} + 3} .xdx}
Đặt : t = \sqrt {{x^2} + 3} \Rightarrow \left[ \begin{array}
{x^2} = {t^2} - 3;xdx = tdt \\
x = 0 \to t = \sqrt 3 ,x = 1 \to t = 2 \\
\end{array} \right. \Leftrightarrow I = \int\limits_{\sqrt 3 }^2 {\left(
{{t^2} - 1} \right)t.tdt = \int\limits_{\sqrt 3 }^2 {\left( {{t^4} - {t^2}}
\right)dt} }
Vậy : I = \left( {\frac{1}{5}{t^5} - \frac{1}{3}{t^3}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
{\sqrt 3 }
\end{array} = } \right.\frac{{56 - 12\sqrt 3 }}{{15}}
Ví dụ 4.
Tính
các tích phân sau :
a.\quad \int\limits_{ - 1}^3 {\frac{{x - 3}}{{3\sqrt {x + 1} + x + 3}}}
dx b.\quad \int\limits_5^{10}
{\frac{{dx}}{{x - 2\sqrt {x - 1} }}}
c.\quad \int\limits_0^1 {\frac{{{x^2} + x}}{{\sqrt[3]{{{{\left( {x + 1}
\right)}^2}}}}}dx}
d.\quad \int\limits_0^{\sqrt 3 } {{x^5}\sqrt {{x^2} + 1} dx}
e.\quad \int\limits_0^1 {{x^3}\sqrt {1
- {x^2}} dx}
Giải
a.\quad \int\limits_{ - 1}^3 {\frac{{x - 3}}{{3\sqrt {x + 1} + x + 3}}}
dx
Đặt : t = \sqrt {x + 1} \Rightarrow x = {t^2} - 1 \Leftrightarrow \left[
\begin{array}
dx = 2tdt \\
x = - 1 \to t = 0;x = 3 \to t = 2 \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_0^2 {\frac{{{t^2} - 4}}{{{t^2} + 3t + 2}}2tdt =
2\int\limits_0^2 {\frac{{t\left( {t - 2} \right)\left( {t - 2}
\right)}}{{\left( {t + 1} \right)\left( {t + 2} \right)}}dt = 2\int\limits_0^2
{\left( {t - 3 + \frac{3}{{t + 2}}} \right)dt} } } = 2\left(
{\frac{1}{2}{t^2} - 3t + 3\ln \left| {t + 2} \right|} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
0
\end{array}} \right.
Do đó : I = 6\ln 2 - 8
b.\quad \int\limits_5^{10} {\frac{{dx}}{{x - 2\sqrt {x - 1} }}} =
\int\limits_5^{10} {\frac{{dx}}{{x - 1 - 2\sqrt {x - 1} + 1}} = }
\int\limits_5^{10} {\frac{{dx}}{{{{\left( {\sqrt {x - 1} - 1}
\right)}^2}}}}
Đặt : t = \sqrt {x - 1} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
x = {t^2} + 1;dx = 2tdt.x = 5 \to t = 2;x = 10 \to t = 3 \\
f(x)dx = \frac{{dx}}{{{{\left( {\sqrt {x - 1} - 1} \right)}^2}}} =
\frac{{2tdt}}{{{{\left( {t - 1} \right)}^2}}} = 2\left( {\frac{1}{{t - 1}} +
\frac{1}{{{{\left( {t - 1} \right)}^2}}}} \right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_5^{10} {f(x)dx} = \int\limits_2^3 {2\left( {\frac{1}{{t
- 1}} + \frac{1}{{{{\left( {t - 1} \right)}^2}}}} \right)dt = 2\left( {\ln
\left| {t - 1} \right| - \frac{1}{{t - 1}}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
3 \\
2
\end{array} = 2\ln 2 + 1} \right.}
c.\quad \int\limits_0^1 {\frac{{{x^2} + x}}{{\sqrt[3]{{{{\left( {x + 1}
\right)}^2}}}}}dx} = \int\limits_0^1 {\frac{{x\left( {x + 1}
\right)dx}}{{\sqrt[3]{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}}}}} =
\int\limits_0^1 {\frac{{x\sqrt[3]{{{{\left( {x + 1}
\right)}^3}}}dx}}{{\sqrt[3]{{{{\left( {x + 1} \right)}^2}}}}} = \int\limits_0^1
{x\sqrt[3]{{x + 1}}dx} } (1)
Đặt : t = \sqrt[3]{{x + 1}} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
x = {t^3} - 1,dx = 3{t^2}dt.x = 0 \to t = 1;x = 1 \to t =
\sqrt[3]{2} \\
f(x)dx = x\sqrt[3]{{x + 1}}dx = \left( {{t^3} - 1} \right)t.3{t^2}dt =
\left( {3{t^6} - 3{t^3}} \right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_0^1 {f(x)dx} = \int\limits_1^{\sqrt[3]{2}} {\left(
{3{t^6} - 3{t^3}} \right)dt} = \left( {\frac{3}{7}{t^7} -
\frac{3}{4}{t^4}} \right)\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
{\sqrt[3]{2}} \\
1
\end{array} = \frac{{3\sqrt[3]{2}}}{{14}} + \frac{9}{{28}}} \right.
d.\quad \int\limits_0^{\sqrt 3 } {{x^5}\sqrt {{x^2} + 1} dx} =
\int\limits_0^{\sqrt 3 } {{x^4}\sqrt {{x^2} + 1} xdx} \quad \left( 1 \right).
Đặt : t = \sqrt {{x^2} + 1} \Rightarrow {x^2} = {t^2} - 1
\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}
xdx = tdt.x = 0 \to t = 1,x = \sqrt 3 \to t = 2 \\
f(x)dx = {x^4}\sqrt {{x^2} + 1} xdx = {\left( {{t^2} - 1} \right)^2}.tdt
= \left( {{t^5} - 2{t^3} + t} \right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_0^{\sqrt 3 } {{x^4}\sqrt {{x^2} + 1} xdx} =
\int\limits_1^2 {\left( {{t^5} - 2{t^3} + t} \right)dt = \left(
{\frac{1}{6}{t^6} - \frac{1}{2}{t^4} + \frac{1}{2}{t^2}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
1
\end{array} = \frac{9}{2}} \right.}
e.\quad \int\limits_0^1 {{x^3}\sqrt {1 - {x^2}} dx} = \int\limits_0^1
{{x^2}\sqrt {1 - {x^2}} xdx} \quad \left( 1 \right).
Đặt : t = \sqrt {1 - {x^2}} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
{x^2} = 1 - {t^2};xdx = - tdt.x = 0 \to t = 1,x = 1 \to t =
0 \\
f(x)dx = {x^2}\sqrt {1 - {x^2}} xdx = \left( {1 - {t^2}} \right)t\left(
{ - tdt} \right) = - \left( {{t^2} - {t^4}} \right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_0^1 {{x^2}\sqrt {1 - {x^2}} xdx} = \int\limits_1^0
{ - \left( {{t^2} - {t^4}} \right)dt} = \int\limits_0^1 {\left( {{t^2} -
{t^4}} \right)dt} = \left( {\frac{1}{3}{t^3} - \frac{1}{5}{t^5}}
\right)\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
1 \\
0
\end{array} = \frac{2}{{15}}} \right.
Ví dụ 5.
Tính
các tích phân sau
1. \int\limits_0^1 {\frac{{{x^2} - 1}}{{\sqrt x + 1}}dx}
2. \int\limits_{\frac{2}{{\sqrt 3 }}}^{\sqrt 2 } {\frac{{dx}}{{x\sqrt {{x^2} -
1} }}}
3. \int\limits_0^{\frac{7}{3}} {\frac{{x + 1}}{{\sqrt[3]{{3x + 1}}}}dx}
4. \int\limits_{ - 2}^{ - \sqrt 2 } {\frac{{{x^2} + 1}}{{x\sqrt {{x^2} + 1}
}}dx} (
Giải
1. \int\limits_0^1 {\frac{{{x^2} - 1}}{{\sqrt x + 1}}dx} .
Ta có :f(x) = \frac{{{x^2} - 1}}{{\sqrt x + 1}} = \frac{{\left( {x - 1}
\right)\left( {x + 1} \right)\left( {\sqrt x - 1} \right)}}{{x - 1}} =
\left( {x + 1} \right)\left( {\sqrt x - 1} \right) = x\sqrt x +
\sqrt x - x - 1
Vậy : I = \int\limits_0^1 {f(x)dx} = \int\limits_0^1 {\left( {x\sqrt
x + \sqrt x - x - 1} \right)dx} = \left(
{\frac{2}{5}{x^2}\sqrt x + \frac{2}{3}x\sqrt x - \frac{1}{2}{x^2} -
x} \right)\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
1 \\
0
\end{array} = \frac{1}{{15}}} \right.
2. \int\limits_{\frac{2}{{\sqrt 3 }}}^{\sqrt 2 } {\frac{{dx}}{{x\sqrt {{x^2} -
1} }}} = \int\limits_{\frac{2}{{\sqrt 3 }}}^{\sqrt 2 }
{\frac{{xdx}}{{{x^2}\sqrt {{x^2} - 1} }}\quad \left( 1 \right)}
Đặt : t = \sqrt {{x^2} - 1} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
{x^2} = {t^2} + 1,xdx = tdt.x = \frac{2}{{\sqrt 3 }} \to t =
\frac{1}{{\sqrt 3 }},x = \sqrt 2 \to t = 1 \\
f(x)dx = \frac{{xdx}}{{{x^2}\sqrt {{x^2} - 1} }} = \frac{{tdt}}{{\left(
{{t^2} + 1} \right)t}} = \frac{{dt}}{{{t^2} + 1}} \\
\end{array} \right.
Vậy :I = \int\limits_{\frac{2}{{\sqrt 3 }}}^{\sqrt 2 } {\frac{{dx}}{{x\sqrt
{{x^2} - 1} }}} = \int\limits_{\frac{1}{{\sqrt 3 }}}^1
{\frac{{dt}}{{{t^2} + 1}}} = acr\tan t\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
1 \\
{\frac{1}{{\sqrt 3 }}}
\end{array} = \frac{\pi }{4} - \frac{\pi }{6} = \frac{\pi }{{12}}}
\right.
3. \int\limits_0^{\frac{7}{3}} {\frac{{x + 1}}{{\sqrt[3]{{3x + 1}}}}dx} .
Đặt : t = \sqrt[3]{{3x + 1}} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
x = \frac{{{t^3} - 1}}{3},dx = {t^2}dt,x = 0 \to t = 1;x = \frac{7}{3}
\to t = 2 \\
f(x)dx = \frac{{x + 1}}{{\sqrt[3]{{3x + 1}}}}dx = \frac{{{t^3} +
2}}{{3t}}{t^2}dt = \frac{1}{3}\left( {{t^4} + 2t} \right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : I = \int\limits_0^{\frac{7}{3}} {\frac{{x + 1}}{{\sqrt[3]{{3x +
1}}}}dx} = \int\limits_1^2 {\frac{1}{3}\left( {{t^4} + 2t}
\right)dt} = \frac{1}{3}\left( {\frac{1}{5}{t^5} + {t^2}} \right)\left|
{\begin{array}{*{20}{c}}
2 \\
1
\end{array} = } \right.\frac{{46}}{{15}}
4. \int\limits_{ - 2}^{ - \sqrt 2 } {\frac{{{x^2} + 1}}{{x\sqrt {{x^2} + 1}
}}dx} = \int\limits_{ - 2}^{ - \sqrt 2 } {\frac{{\sqrt {{x^2} + 1}
}}{{{x^2}}}xdx} {\text{ }}\left( {\text{1}} \right)
Đặt : t = \sqrt {{x^2} + 1} \Rightarrow \left\{ \begin{array}
{x^2} = {t^2} - 1 \leftrightarrow xdx = tdt.x = - 2 \to t = \sqrt
5 ,x = - \sqrt 2 \to t = \sqrt 3 \\
f(x)dx = \frac{{\sqrt {{x^2} + 1} }}{{{x^2}}}xdx = \frac{t}{{{t^2} -
1}}tdt = \left( {1 + \frac{1}{{{t^2} - 1}}} \right)dt = \left( {1 +
\frac{1}{2}\left( {\frac{1}{{t - 1}} - \frac{1}{{t + 1}}} \right)}
\right)dt \\
\end{array} \right.
Vậy : \int\limits_{ - 2}^{ - \sqrt 2 } {f(x)dx} = \int\limits_{\sqrt 5
}^{\sqrt 3 } {\left[ {1 + \frac{1}{2}\left( {\frac{1}{{t - 1}} - \frac{1}{{t +
1}}} \right)} \right]dt} \\ = \left( {t + \frac{1}{2}\ln \left| {\frac{{t -
1}}{{t + 1}}} \right|} \right)\left| {\begin{array}{*{20}{c}}
{\sqrt 3 } \\
{\sqrt 5 }
\end{array} = \sqrt 3 - \sqrt 5 + \frac{1}{2}\ln \frac{{\left(
{\sqrt 3 - 1} \right)\left( {\sqrt 5 + 1} \right)}}{{\left( {\sqrt
3 + 1} \right)\left( {\sqrt 5 - 1} \right)}}} \right.
BÀI TẬP TỰ GIẢI
\int\limits_0^1 {\frac{{5x - 3}}{{\sqrt {2{x^2} + 8x + 1} }}dx}
\int\limits_{\frac{7}{2}}^4 {\frac{{3x + 4}}{{\sqrt { - {x^2} + 6x + 8} }}dx}
\int\limits_0^a {{x^2}\sqrt {{a^2} - {x^2}} dx}
\int\limits_0^1
{\frac{{dx}}{{{{\left( {x + \sqrt {1 + {x^2}} } \right)}^2}}}}
\int\limits_{\sqrt[3]{2}}^1 {\sqrt[4]{{1 + {x^3}}}\frac{{dx}}{x}}
\int\limits_1^{\sqrt 3 } {\frac{{{x^2}}}{{{{\left( {1 +
{x^2}} \right)}^3}}}dx}
\int\limits_1^a {\frac{{\sqrt {{x^2} + {a^2}} }}{x}dx}
\int\limits_0^{\sqrt 3 } {\frac{{\sqrt {1 + {x^6}} }}{x}dx}
\int\limits_1^2 {\frac{{\sqrt {{x^3} + 1} }}{{{x^4}}}dx}
\int\limits_0^{\frac{\pi }{8}} {\frac{{dx}}{{\sqrt {1 + x} + \sqrt {1 -
x} }}}