Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Một số phương pháp tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn...

Tài liệu Một số phương pháp tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn

.DOC
29
51
71

Mô tả:

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT NÔNG CỐNG I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TÍCH PHÂN CỦA HÀM HỢP, HÀM ẨN Người thực hiện: Trần Thanh Minh Chức vụ: TTCM SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Toán THANH HOÁ NĂM 2020 1 MỤC LỤC 1. MỞ ĐẦU Trang 3 1.1. Lý do chọn đề tài 3 1.2. Mục đích nghiên cứu 3 1.3. Đối tượng nghiên cứu 3 1.4. Phương pháp nghiên cứu 3 2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 4 2.1. Cơ sở lý luận 4 2.2. Thực trạng của đề tài 5 2.3. Các giải pháp tổ chức thực hiện 5 2.3.1. Phương pháp biến đổi đưa về nguyên hàm cơ bản 5 2.3.2. Phương pháp đổi biến số. 11 2.3.3. Phương pháp tính tích phân từng phần 15 2.3.4. Phương pháp tạo bình phương cho hàm số dưới dấu tích phân 20 2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 26 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27 3.1. Kết luận 27 3.2. Kiến nghị 27 2 TÊN ĐỀ TÀI: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TÍCH PHÂN CỦA HÀM HỢP, HÀM ẨN 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài Trong chương trình toán học phổ thông, phép tính tích phân chiếm một vị trí hết sức quan trọng và nó được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như: Tính diện tích hình phẳng, thể tích khối tròn xoay, giải các bài toán về cơ học,… Phép tính tích phân được bắt đầu giới thiệu cho các em học sinh lớp 12 và nó thường xuyên có mặt trong các kỳ thi THPT- QG. Từ năm 2017 Bộ GD&ĐT đã đưa hình thức thi trắc nghiệm khách quan vào bài thi môn toán và phần tích phân đã được yêu cầu rộng hơn khó hơn trước đặc biết là các bài toán tích phân về hàm hợp, hàm ẩn, đòi hỏi học sinh phải có hệ thống kiến thức về tích phân vững chắc và tư duy linh hoạt hơn mới giải được các bài toán dạng này. Vì những lí do đó, để giúp học sinh có cơ sở khoa học, có có hệ thống kiến thức vững chắc về tính tích phân đặc biệt là tích phân của hàm hợp,hàm ẩn và tháo gỡ những vướng mắc trên, nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, đáp ứng nhu cầu đổi mới giáo dục , tôi đã chọn đề tài sáng kiến kinh nghiệm “Một số phương pháp tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn”. Với đề tài này tôi hi vọng sẽ giúp cho học sinh dễ dàng nắm bắt và thành thạo trong việc tính tích phân nói chung và tích phân của hàm hợp, hàm ẩn nói riêng. 1.2. Mục đích nghiên cứu - Làm rõ vấn đề mà học sinh còn lúng túng , mắc nhiều sai lầm và thậm chí là không có định hướng về lời giải trong việc tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn. - Góp phần gây hứng thú học tập phần tích phân của hàm hợp, hàm ẩn cho học sinh, giúp các em có thể giải được một trong các phần được coi là khó của đề thi, đòi hỏi phải có tư duy cao . - Làm cho học sinh thấy được tầm quan trọng của chương học, là vấn đề then chốt cho việc tiếp nhận và giải các dạng toán tiếp theo. - Nâng cao chất lượng bộ môn toán theo từng chuyên đề khác nhau góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 1.3. Đối tượng nghiên cứu Chương Nguyên hàm - Tích phân và chủ yếu là phương pháp tính tích phân của một số hàm hợp, hàm ẩn. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu: Tự tìm tòi, khám phá, đưa vào thực nghiệm và đúc rút thành kinh nghiệm, kết hợp với nghiên cứu tài liệu để tổng hợp thành hệ thống theo từng mức độ từ dễ đến khó. 3 2. NỘI DUNG 2.1. Cơ sở lí luận Các kiến thức cơ bản Các kiến thức cơ bản sử dụng trong đề tài bao gồm các định nghĩa và tính chất từ sách giáo khoa mà học sinh đã được học 2.1.1. Định nghĩa Cho hàm số f liên tục trên K và a, b là hai số bất kỳ thuộc K . Nếu F là một nguyên hàm của f trên K thì hiệu số F (b)  F (a) được gọi là tích phân của f từ a b b đến b và kí hiệu là f ( x)dx . Trong trường hợp a  b , ta gọi a f ( x)dx là tích phân a của f trên đoạn  a; b  . b Người ta dùng kí hiệu F ( x) a để chỉ hiệu số F (b)  F (a) . Như vậy Nếu F là b một nguyên hàm của f trên K thì f ( x)dx F ( x) b a F (b)  F ( a) . a 2.1.2. Tính chất Giả sử f , g liên tục trên K và a, b, c là ba số bất kì thuộc K . Khi đó ta có 1) a b a b f ( x)dx 0 ; 2) f ( x)dx  f ( x)dx ; 3) f ( x)dx f ( x)dx f ( x)dx a a b 4) b b b b  f ( x)  g ( x) dx f ( x)dx  g ( x)dx a a a c c b a b ; 5) kf ( x)dx k f ( x)dx với k  R . a a a Chú ý là nếu F ( x)  f ( x) với mọi x  K thì F ( x) f ( x)dx 2.1.3. Phương pháp đổi biến số b Tính tích phân I g ( x)dx .Giả sử g ( x) được viết dưới dạng f  u ( x) .u( x) a ,trong đó hàm số u ( x) có đạo hàm trên K , hàm số y=f(u) liên tục sao cho hàm hợp f  u ( x )  xác định trên K và a, b là hai số thuộc K . Khi đó u (b ) b f  u ( x) .u( x)dx   f (u )du a u(a) Chú ý: Đối với biến số lấy tích phân, ta có thể chọn bất kì một chữ số thay cho x . Như vậy tích phân không phụ thuộc vào biến tức là b b b f ( x)dx f (u )du f (t )dt ... a a a 2.1.4. Phương pháp tính tích phân từng phần b b b Công thức u ( x)v( x) dx  u ( x)v( x)  a  v( x)u ( x) dx (trong đó u ( x), v( x) có đạo hàm liên a a tục trên K và a, b là hai số thuộc K ). 4 2.2. Thực trạng của đề tài Năm học 2016 - 2017 Bộ GD&ĐT chuyển đổi hình thức thi THPT quốc gia của môn toán từ thi tự luận sang hình thức thi trắc nghiệm đòi hỏi phương pháp dạy và học cũng phải thay đổi cho phù hợp. Trong các đề minh họa của bộ GD - ĐT , đề thi THPT quốc gia và đề thi thử của các trường THPT trên toàn Quốc , học sinh thường gặp một số câu về tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn và các bài toán có liên quan, đây là các bài ở mức độ vận dụng để lấy điểm cao. Hướng dẫn các em vận dụng tốt phần này sẽ tạo được cho các em có thêm phương pháp, có linh hoạt hơn trong việc tính tích phân và nâng cao tư duy trong giải toán nhằm lấy được điểm cao hơn trong bài thi. Trước khi áp dụng đề tài này vào dạy học, tôi đã khảo sát chất lượng học tập của học sinh trường THPT Nông Cống I năm học 2018-2019 (thông qua các lớp trực tiếp giảng dạy) về các bài toán tính tích phân của hàm hơp, hàm ẩn, đã thu được kết quả như sau: Lớp Sĩ Giỏi số SL % 12B1 45 0 0% Khá TB Yếu Kém SL % SL % SL % SL % 6 13,3 26 57,7 10 22,4 3 6,6% % % % 12B2 46 1 1,8 8 17,3 22 47,8 11 24,3 4 8,8% % % % % Như vậy số lượng học sinh nắm bắt dạng này không nhiều, có rất nhiều em chưa định hướng được lời giải do chưa có được nguồn kiến thức và kĩ năng cần thiết. Thực hiện đề tài này tôi đã hệ thống lại các phương pháp tính tích phân đã được học để áp dụng tính cho hàm ẩn thông qua các phương pháp cụ thể và ví dụ tương ứng cho mỗi phương pháp đó. Cuối cùng là bài tập tổng hợp đề học sinh vận dụng các phương pháp đã được học vào giải quyết. Do khuôn khổ đề tài có hạn nên tôi chỉ đưa ra bốn phương pháp tính tích phân của hàm hợp, hàm ẩn đó là: Phương pháp biến đổi để đưa về nguyên hàm cơ bản, Phương pháp đổi biến số, phương pháp tính tích phân từng phần và tạo bình phương cho biểu thức dưới dấu tích phân. 2.3. Các giải pháp tổ chức thực hiện Thực hiện đề tài này tôi chia nội dung thành bốn phần Phần 1. Phương pháp biến đổi đưa về nguyên hàm cơ bản Phần 2. Phương pháp đổi biến số Phần 3. Phương pháp tính tích phân từng phần Phần 4. Phương pháp tạo bình phương cho hàm số dưới dấu tích phân Mỗi phần được thực hiện theo các bước: - Nhắc lại kiến thức cơ bản sử dụng trong đề tài - Nêu các ví dụ áp dụng - Nêu các nhận xét trước khi đưa ra lời giải cho các bài tập mới và khó. Nội dung cụ thể: 2.3.1. Phương pháp biến đổi đưa về nguyên hàm cơ bản 5 a . Kiến thức sử dụng * Nếu F ( x)  f ( x) với mọi x  K thì F ( x) f ( x)dx * Các công thức về đạo hàm: Với u u ( x), v v( x) là các hàm có đạo hàm trên K .  u  uv  uv 1)  uv   u .v  u.v ; 2)    ,  v 0  ; 3) v2 v 4) u n  nu n  1u , n  *     u    2uu ,  u  0 ;  b. Ví dụ áp dụng Ví dụ 1. Cho hàm số f  x  liên tục trên  \  0 và thỏa mãn f  1  2 , 2 x 2 f 2  x    2 x  1 f  x   xf '  x   1 , x   \  0 . Tính tích phân I f  x dx. 1 Lời giải: 2 ' Ta có x 2 f 2  x   2 xf  x  1 xf '  x   f  x    xf  x   1  xf  x   1  xf  x  1 Do đó  xf  x  1 ' 2  xf  x  1 1    xf  x   1 ' 2 dx 1dx   1 1  x  c  xf  x   1  xf  x   1 xc 1 1 1 1  c 0  xf  x   1   f  x   2  1 c x x x 2 2 1 2 1  1 1  Vậy f  x dx   2  dx   ln x   |1  ln 2  . x x x 2  1 1 1 Vậy I  ln 2  . 2 Mặt khác f  1  2 nên  2  1  Ví dụ 2. Cho hàm số f  x  có đạo hàm liên tục trên khoảng  0;   thỏa mãn f  1 4 2 3 2 , f  x   xf  x   2 x  3x , x  0 . Tính tích phân I f ( x)dx. 1 Lời giải: Ta có: f  x   xf  x   2 x3  3x 2  2 x3  3x 2 xf  x   f  x   x 2  2 x  3 xf  x   f  x   2x  3  xf  x   f  x   f  x      x2  x   f  x    dx   x   2 x  3 dx   2 x  3 dx  f  x x f  x  x 2  3 x  C , ta có f  1 4  4 4  C  C 0 . x f  x  x 2  3x  f  x  x 3  3x 2 . Do đó: x  6 2 2 2  x4  43 Vậy I f ( x )dx I  x  3x  dx   x 3    4 1 4 1 1 3 Vậy I  2 43 . 4 Ví dụ 3. Cho hàm số f  x  có đạo hàm liên tục trên đoạn  1;3 , f  x  0 , x   1;3 , 3 2 2 2 đồng thời f  x   1  f  x     f  x    x  1  và f  1  1 .Tính tích phân I f  x  dx . 1 Lời giải: 2 2 2 Với x   1; 3 ta có: f  x  1  f  x     f  x    x  1   2 f  x   1  f  x   2  x  1 . 4  f  x     1 2 1  f  x   x 2  2 x  1    4 3 2   f  x   f  x    f  x      Suy ra:  1 3  f  x   3 1  2  1 x3   x 2  x  C (lấy nguyên hàm hai vế). f  x 3  f  x   1 1 Ta lại có f  1  1   1  1   1  1  C  C 0 . 3 3 3 2 1 1   1  1 1 3 2    x     x     x  Do đó:        3  f  x   f  x  f  x 3  * . 1 1 1 Vì hàm số g  t   t 3  t 2  t nghịch biến trên  nên  *  f  x   x  f  x   x . 3 Hàm số này thỏa các giả thiết của bài toán. 3 3  1 Do đó I f  x  dx    dx  ln 3. 1 1  x Vậy I  ln 3. Ví dụ 4.Cho hàm số f  x  không âm trên đoạn  0;1 , có đạo hàm liên tục trên đoạn  0;1 và thỏa mãn f  1 1 ,  2 f  x   1  x 2  f  x  2 x  1  f  x   , x   0;1 . 1 Tính tích phân I f  x  dx . 0 Lời giải: 7 2 Xét trên đoạn  0;1 , theo đề bài:  2 f  x   1  x  f  x  2 x 1  f  x    2 f  x  . f  x  2 x   x 2  1 . f  x   2 x. f  x    f 2  x     x 2   x 2  1 . f  x         f 2  x  x 2   x 2  1 . f  x   C  1 . 2 Thay x 1 vào  1 ta được: f  1 1  C  C 0 (vì f  1 1 ). 2 2 2 2 2 2 Do đó,  1 trở thành: f  x  x   x  1 . f  x   f  x   1 x  1   x  1 . f  x    f  x   1 .  f  x   1  x 2  1 .  f  x   1  f  x   1  x 2  1 2 (vì f  x  0  f  x   1  0 x   0;1 )  f  x   x . 1 1 1 x3 1  . Ta có f  x  dx x dx  3 0 3 0 0 2 1 3 Vậy I  . Ví dụ 5. Cho hàm số f  x  0 , có đạo hàm liên tục trên đoạn  1; 2 và thỏa mãn 2 1 f (1)  x 2 . f ( x )  1  2 x 2  . f 2 ( x ) , x   1; 2 . Tính tích phân I f ( x)dx . 3 1 Lời giải:  2  Ta có x 2 . f ( x)  1  2 x 2  . f 2 ( x)  f 2( x) 1  22 x    1   12  2 f ( x) x  f ( x)  x 1 1 1 1  1   2  2 .dx     2 x  c , do f (1)   c 0 f ( x) f ( x) x 3 x  2 1 2 x 1 x   f ( x)  2 Nên ta có  f ( x) x 2 x 1   2 2 2 2 x 1 d (1  2 x 2 ) 1 1 1 dx   ln 1  2 x 2   2 ln 3  ln 3   ln 3 Khi đó I f ( x)dx  2 2  1  2x 4 1 1  2x 4 4 4 1 1 1 1 Vậy I  ln 3. 4 Ví dụ 6. Cho hàm số f ( x) không âm trên  , có đạo hàm trên  đồng thời thỏa 1 mãn f ( x). f ( x)  2 x. f ( x) 1 0 với x   và f (0) 0 . Tính tích phân I f ( x)dx . 2 0 Lời giải: 2 Ta có f ( x). f ( x )  2 x. f ( x )  1 0  f ( x). f ( x ) f 2 ( x)  1 2 x    f 2 ( x )  1 2 x  8 f 2 ( x)  1 2 xdx   f 2 ( x)  1  x 2  c . Do f (0) 0  c 1 nên ta có 2 f 2 ( x) 1 x 2 1  f 2 ( x) 1  x 2  1  f 2 ( x)  x 2  x 2  2   f ( x)  x 1 1 (vì f ( x) không âm trên R ). Khi đó I f ( x)dx x 0 1 x 2  2dx x x 2  2dx 0 1 1  0 x2  2 1 1 2 1 x 2  2d ( x 2  2)  .   x 2  2  x 2  2   3 3  2 2   20 2 3 3 0   Ví dụ 7. Cho f ( x) có đạo hàm liên tục trên  0;1 thỏa mãn f ( x)   x  1 . f ( x) 2020 , 1 x   0;1 . Biết f (0) 2021 .Tính tích phân I f ( x)dx . 0 Lời giải: Ta có f ( x)   x 1 . f ( x) 2020   x  1  f ( x)   x  1 . f ( x) 2020    x  1 f ( x)   2020   x  1 f ( x) 2020dx   x  1 f ( x ) 2020 x  c , vì f (0) 2021  c 2021   x  1 f ( x) 2020 x  2021  f ( x)  1 1 2020 x  221 . Khi đó x 1 1 1 2020 x  2021 1   I f ( x)dx  .dx  2020   .dx  2020 x  ln x 1  2020  ln 2 x 1 x 1  0 0 0 0 Nhận xét: Nếu u ( x) là biểu thức cho trước thì ta có  u ( x). f ( x)   u ( x). f ( x)  u ( x). f ( x) Đặt v( x) u ( x) ta được  u ( x). f ( x)   v( x). f ( x)  u ( x). f ( x) (*). Như vậy nếu biểu thức có dạng v( x). f ( x)  u ( x). f ( x) ta có thể biến đổi đưa về dạng  u ( x). f ( x)  .Khi đó ta có bài toán tổng quát cho ví dụ 7 như sau: Cho A( x); B ( x) ; g ( x) là các biểu thức đã biết. Tìm hàm số f ( x) thỏa mãn A( x ) f ( x)  B ( x) f ( x)  g ( x) (**) Do vế trái có dạng (*) nên ta có thể biến đổi (**)   u ( x). f ( x)   g ( x) u ( x)  A( x) u ( x) A( x) u ( x) A( x)     .dx  .dx u ( x ) B ( x) u ( x) B ( x) u ( x) B( x) A( x)  ln u ( x) G ( x)  c (với G ( x) là một nguyên hàm của )  từ đây ta sẽ chọn B ( x) được biểu thức u ( x) . 1 Ví dụ 8. Cho f ( x) có đạo hàm trên  0;1 thỏa mãn f (1)  và 2020 Trong đó u ( x) được chọn sao cho :  1 2020 f ( x)  x. f ( x) 2 x 2020 , x   0;1 .Tính tích phân I f ( x)dx 0 Nhận xét : trước hết ta đi tìm biểu thức u ( x) . Ta có 2020  ln u ( x)  dx  ln u ( x) 2020ln x  c  ln u ( x) ln x 2020  c x 9 nên ta chọn u ( x) x 2020 , khi đó ta có lời giải như sau: Lời giải: Ta có  x 2020 . f ( x)   2020 x 2019 f ( x)  x 2020 f ( x) x 2019  2020 f ( x)  xf ( x)  x 2019 .  2 x 2020  2 x 4039 1 1 1 x 4040   c  c , do f (1)  Khi đó x 2020 f ( x) 2 x 4039 dx  x 2020 f ( x)  2020 2020 2020 2020 x 4040 x 2020  c 0  x 2020 f ( x)   f (x)  2020 2020 1 1 1  x 2020 x 2021  1 dx  . khi đó I f ( x)dx    2020  2020.2021  0 2020.2021 0 0 1 . 2020.2021 Ví dụ 9. Cho f ( x) có đạo hàm trên  1; 2 thỏa mãn ( x  1) f ( x)  x. f ( x ) 2e x , Vậy I  2 x   1; 2 . Biết f (1) e .Tính tích phân I x. f ( x)dx 1 Nhận xét : trước hết ta đi tìm biểu thức u ( x) . Ta có x 1  ln u( x)  dx  ln u ( x) x  ln x  c  ln u ( x) ln e x  ln x  c x  ln u ( x) ln xe x  c nên ta chọn u ( x)  xe x , khi đó ta có lời giải như sau: Lời giải: Ta có  xe x . f ( x)    xe x   f ( x)  xe x . f ( x)  e x  xe x  f ( x)  xe x . f ( x) x 2x e x   x  1 f ( x)  xf ( x)    xe x . f ( x)   e x .  2e x   xe x . f ( x) 2e 2 x dx  xe . f ( x ) e  c ex do f (1) e  e.e e 2  c  c 0  xe x . f ( x) e2 x  f ( x)  . x 2 2 2 x x 2 Khi đó I x. f ( x)dx e dx e 1 e  e 1 1 Bài tập tương tự Bài 1. Cho hàm số f ( x) đồng biến, có đạo hàm trên đoạn  1; 4 và thoản mãn 4 3 2 x  2 x. f ( x)  f ( x)  , x   1; 4 . Biết f (1)  . Tính tích phân I f ( x )dx . 2 1 Bài 2. Cho hàm số f ( x) đồng biến, có đạo hàm cấp hai trên đoạn  0; 2 và thỏa 2 2 mãn 2  f ( x)  f ( x). f ( x)   f ( x)  0 , x   0; 2 . Biết f (0) 1, f (2) e6 , tính tích 0 I  (2 x  1). f ( x)dx . 2 10 f Bài 3. Cho f ( x) có đạo hàm trên R và thỏa mãn 3 f ( x).e 3 ( x ) x2  1 2x 0 , x   . f 2 ( x)  7 Biết f (0) 1 , tính tích phân I  x. f ( x )dx . 0 Bài 4. Cho f ( x) liên tục và có đạo hàm trên  \   1; 0 thỏa mãn 2 x( x  1) f ( x )  f ( x)  x 2  x , x   \   1; 0 và f (1)  2 ln 2 . Tính I xf ( x)dx . 1 Bài 5. Cho hàm số y  f  x  có đạo hàm trên  0;    thỏa mãn 2 2 2 xf  x   f  x  2 x x   0;    , f  1  . Tính tích phân I f ( x)dx. 3 1 Bài 6. Cho đa thức bậc bốn y  f  x  đạt cực trị tại x 1 và x 2 . Biết 1 2 x  f  x  lim 2 . Tính tích phân f  x  dx . x 0 2x 0 Bài 7. Cho hàm số f  x  nhận giá trị không âm và có đạo hàm liên tục trên  thỏa 1 2 mãn f  x   2 x  1  f  x   , x   và f  0   1 . Tính tích phân 0 f  x dx. 2.3.2. Phương pháp đổi biến số b a. Kiến thức sử dụng:Tính tích phân I g ( x)dx .Giả sử g ( x) được viết dưới dạng a f  u ( x )  .u( x) ,trong đó hàm số u ( x) có đạo hàm trên K , hàm số y=f(u) liên tục sao cho hàm hợp f  u ( x)  xác định trên K và a, b là hai số thuộc K . b u (b ) Khi đó f  u ( x) .u( x)dx  a  f (u )du u (a) Chú ý: Đối với biến số lấy tích phân, ta có thể chọn bất kì một chữ số thay cho x . b b b Như vậy tích phân không phụ thuộc vào biến tức là f ( x )dx f (u )du f (t )dt ... a a a b. Ví dụ áp dụng Ví dụ 1. Cho hàm số f  x  liên tục và nhận giá trị dương trên  0;1 . Biết 1 dx . f  x  . f  1  x  1 , x   0;1 . Tính tích phân I  1 f  x 0 Lời giải: 1 f  x Ta có: f  x  . f  1  x   f  x  1  f  x   f 1  x  1 1  f x     11 1 dx Xét I 1  f x   0 Đặt t 1  x  x 1  t  dx  dt . Đổi cận: x 0  t 1 ; x 1  t 0 . 0 1 1 1 f  x  dx dt dt dx I     Khi đó     1 f  1 t  0 1 f 1 t  0 1 f 1  x  0 1  f  x  1 1 1 1 f  x  dx 1 1  f  x  dx 1   d x  dx 1 hay 2 I 1 . Vậy I  . Mặt khác 1  f x 1  f x 1  f (t )    0   0 2 0 0 Ví dụ 2. Cho hàm số f  x  liên tục trên đoạn  1;3 thỏa mãn 3 3 f  4  x   f  x  , x   1;3 và xf  x dx  2 . Tính tích phân I f  x dx. 1 1 Lời giải: 3 3 Ta có f  4  x   f  x  và xf  x dx  2  1 xf  4  x dx  2 . 1 3 Xét I xf  4  x dx  2 :Đặt t 4  x ta được x 4  t  dx  dt . 1 Khi x 1 thì t 3 , khi x 3 thì t 1 . 3 3 Suy ra I xf  4  x dx  2  1 3 3 1 1 3  4 f  t dt  2  2  1 3  4  t  f  t dt  2  4 f  t dt  tf  t dt  2 1 3 f  t dt  1  1 f  x dx  1 .Vậy I  1. 1 Ví dụ 3. Cho hàm số f ( x) liên tục trên  và thỏa mãn 2020. f ( x)  f ( x) e x với 1 x   . Tính tích phân I  f ( x)dx 1 Lời giải:  x  1  t 1  x 1  t  1 Đặt x  t  dx  dt , đổi cận :  1 1 1 1 1 Khi đó I  f ( t )dt  f ( t )dt  I  f ( x)dx .Vì 2020 I  I 2020 f ( x)dx  f ( x)dx 1 1 1 1 1 1 1 x x nên 2021I   2020 f ( x)  f ( x) dx  2021I  e dx e  1 e  1 1 1 2 1 e 1 I e 2021e 12 2 2  Ví dụ 4. Cho hàm số f ( x) liên tục trên đoạn  ;1 và thỏa mãn 2 f ( x)  3 f ( ) 5 x , 3  3x 1 f ( x) 2  x   ;1 . Tính tích phân I  x dx 2 3  3 Lời giải: 2  x   t 1  2 2  3 Đặt x   dx  2 dt , đổi cận :  3t 3t  x 1  t  2  3 2 2 1 2 2 f ( ). ) ) 1 f ( 1 f ( 2 3 3t t 2 3t dt  3 x .dx I  dt  Khi đó . Ta có   2 3 t x 2 2 1 3 3 3t 2 2 ) ) 1 1 f ( 1 2 f ( x)  3 f ( 1 1 f ( x) 3 x .dx  5 x dx  5dx 5  I 1 2 I  3I 2 dx  3 3x .dx  5 I    x x x 3 3 2 2 2 2 x 2 3 3 3 3 3 Ví dụ 5. Cho hàm số y  f ( x) liên tục trên  thỏa mãn 3 f ( x)  f (2  x ) 2( x  1)e x 2  2 x 1 2 f ( x)dx .  4, x   . Tính tích phân I  0 Lời giải: 3 f ( x)  f(2  x) 2(x  1) e x 2 2 0 0 2  2 x 1  4, x   . 2  3 f ( x)dx   f (2  x)dx (2 x  2)e Đặt t 2  x  x 2  2 x 1 0 2 0 0 2 2 dx  4dx (1) . 0 2 2 0 0  f (2  x)d( x)   f (t )dt  f (t )dt  f ( x)dx (2) . 2 2 Đặt u x  2 x 1  du (2 x  2)dx  (2 x  2)e 0 x 2  2 x 1 1 dx eu du 0 (3) . 1 2 Thay (2) và (3) vào (1)  I 0 f ( x)dx 2 . Ví dụ 6. Cho hàm số f ( x) liên tục trên  và thỏa mãn f ( x) 4 xf ( x 2 )  2 x  1 , x   . 1 Tính tích phân I f ( x)dx . 0 Lời giải:  x 0  t 0  x 1  t 1 Đặt x t 2  dx 2tdt , đổi cận :  1 1 1 1 2 2 2 Khi đó I f (t ).2tdt  I 2xf ( x )dx . Ta có I  2 I f ( x)dx  4xf ( x )dx 0 0 0 0 13 1 1 1  f ( x)  4 xf ( x 2 )  dx  2 x  1 dx  x 2  x  2   I 2  I  2 0 0 0 Ví dụ 7. Cho hàm số f  x  liên tục trên  và thoả mãn 3 2 f  x   f   x   2  2 cos 2 x , x   . Tính tích phân I    f  x  dx. 3 2 Lời giải: 0 Đặt x  t . Khi đó  0 3 2 0  f  x  dx   f   t  d   t    f   t  dt  f   x  dx 3 2 3 2 3 2 3 2 0 3 2 0 3 2 3 2 Ta có: I   f  x  d  x    f  x  d  x   f  x  dx  f   x  dx  f  x  dx  3 2  3 2 0 0 3 2 3 2 3 2 0 0 0 0 Hay I   f  x  f x dx   2  2 cos 2 xdx   2(1  cos 2 x)dx      3 2 3 2  I   4cos 2 xdx 2 0  2 3  2 cos x dx 2 cos xd  x   2  cos xdx  0 0 2 3 2  2  2 0 Vậy I 2sin x |  2sin x | 6. 2020 Ví dụ 8. Cho Cho hàm số f ( x) liên tục trên  và thỏa mãn  f ( x)dx 2 . 0 e 2020  1 Tính tích phân I   x . f  ln( x 2  1)  .dx . x 1 2 0 Lời giải: Đặt t ln  x 2  1  dt  Ta có I  1 2 2020  f (t )dt  0 2x x 1 dx  2 dx  dt , đổi cận : 2 x 1 x 1 2 1 2 2020  x 0  t 0  2020  x  e  1  t 2020 1  f ( x)dx  2 .2 1 0 14 Ví dụ 9. Cho hàm số f ( x) liên tục trên  và thỏa mãn f ( x 3  2 x  2) 3 x  1 với 10 x   . Tính tích phân I  f ( x)dx 1 Lời giải: 3  x 1  t  2t 3  t 1 Đặt x t  2t  2  dx  3t  2t  dt , đổi cận :  3  x 10  t  2t 12  t 2 3 2 2 2 2 3 2 2 3 2 Ta có I f (t  2t  2).  3t  2t dt  3t  1  3t  2t dt  9t  3t  2t  dt 1 1 1 2 4  9t  151   t3  t2   4  4 1 Bài tập tương tự Bài 1. Cho hàm số f ( x) liên tục trên đoạn  0;1 và thỏa mãn 1 4 xf ( x )  3 f (1  x )  1  x , x   0;1 . Tính tích phân I f ( x )dx . 2 2 0 Bài 2. Cho hàm số f ( x) liên tục trên đoạn  0; 2 và thỏa mãn 2 3 f ( x )  4 f (2  x)  x  12 x  16 , x   0; 2  . Tính tích phân I f ( x)dx 2 0 4 Bài 3. Cho hàm số f ( x) liên tục trên đoạn  0;3 và thỏa mãn f ( x). f (3  x)  , 9 3 1 dx x   0;3 . Tính tích phân I  2  3 f ( x ) 0 Bài 4. Cho hàm số f ( x) liên tục trên R và thỏa mãn f ( x)  f ( x) cos 4 x , x   .  2 Tính tích phân I   f ( x)dx .  2  Bài 6. Cho hàm số f  x  liên tục trên  , thỏa mãn 4 tan x. f  cos 2 x  d x 2 và 0 e2  e f  ln x 2 x ln x  d x 2 . Tính tích phân 2 I 1 4 f  2x  dx. x Bài 7. Cho hàm số f  x  liên tục trên  thảo mãn 0 xf  x   f  1  x 3 2   x 10 6  x  2 x, x   . Tính tích phân I  f  x dx . 1 2 3 Bài 8. Cho hàm số f  x  liên tục trên  0;1 thỏa mãn f  1  x  6 x f  x   6 . 3x  1 15 1 Tính tích phân I f  x  dx . 0 2.3.3. Phương pháp tích phân từng phần a. Kiến thức sử dụng b b b Công thức u ( x)v( x) dx  u ( x)v( x)  a  v( x)u( x) dx (trong đó u ( x), v( x) có đạo hàm liên a a tục trên K và a, b là hai số thuộc K ) b. Ví dụ áp dụng 5 Ví dụ 1. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên  và thỏa mãn f ( x)dx  1 44 , f (5) 15 . 5 5 Tính tích phân I  x  1 f ( x)dx . 1 Lời giải: u  x  1  Đặt   dv  f ( x)dx 344 Vậy I  . 5 5 du dx  . Khi đó I  x  1 f ( x) 1  v  f ( x ) 5  44  344 .  5  5 f ( x)dx 4 f (5)    1 Ví dụ 2. Cho hàm số f  x  có đạo hàm trên  và thỏa mãn f  0   f  1 1. Tính tích 1 x phân I e  f  x   f '  x   dx. 0 Lời giải: 1 1 1 x x x Ta có: I e  f  x   f '  x   dx e . f  x  dx  e . f '  x  dx I1  I 2 0 1 x Xét I 2 e . f '  x  dx ; 0 1 0 0 u e x du e x dx  Đặt   khi đó dv  f '( x)dx v  f ( x ) 1 1 I 2 e x . f '  x  dx e x . f ( x)  e x . f  x  dx e. f (1)  f (0)  I1 e  1  I1 . 0 0 0 1 x Vậy I e  f  x   f  x   dx I1  I 2 I1  e  1  I1 e  1 . 0 Vậy I e  1. Ví dụ 3. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên  và thỏa mãn 2  1  2 x  0 1 f ( x)dx 3 f (2)  f (0) 2020 . Tính tích phân I f (2 x)dx . 0 Lời giải: 16 2 u 1  2 x  dv  f ( x)dx Ta có  1  2 x  f ( x)dx 2020 , đặt  0 du  2dx  v  f ( x ) 2 2 2 Khi đó 2020 (1  2 x) f ( x) 0  2 f ( x)dx  2020   3 f (2)  f (0)   2 f ( x)dx 0 2 0 2  2020  2020  2 f ( x) dx  f ( x) dx 2020 0 0 1  x 0  t 0  x 1  t 2 Xét I f (2 x)dx , đặt t 2 x  dt 2dx . Đổi cận:  0 2 Khi đó I  2 1 1 2020 f (t )dt  I  f ( x)dx  1010.  20 20 2 Vậy I 1010. Ví dụ 4.Cho hàm số f  x  có đạo hàm cấp hai trên  thỏa mãn f  1  f  1 1 1 2 và f  1  x   x . f  x  2 x , x   . Tính tích phân I xf  x dx . 0 Lời giải: u  f  x   Đặt   dv  xdx du  f  x  dx   . x2 v    2 1 1 x2 Suy ra I xf  x dx  2 f  x  0  0 Do f  1  x   x 2 . f  x  2 x  1 x2 1 f  x dx    2 2 0 1 x2 f  x dx .  2 0 x2 1 . f  x   x  f  1  x  . 2 2 1 1 1 1 1   Vậy I  2   x  2 f  1  x   dx  2 f  1  x dx .  0  0 0 1 1 1 1 1 Đặt t 1  x suy ra I  2 f  t dt  2 f  t dt  2 f  x dx . 1 0 0 u  f  x   dv dx Đặt  du  f  x  dx  v x 1 1 Suy ra I   xf  x   0 2 1  1 1  xf x dx     I  1 I   I  .  2 3 0  1 3 Vậy I  . 17 Ví dụ 5. Cho hàm số f  x  có đạo trên  , thỏa mãn 2 f  x   f  x  2 x  1, x   và 1 f  0  1 . Tính tích phân I f  x  dx. 0 Lời giải: Ta có 2 f  x   f  x  2 x  1, x   .  e 2 x .2 f  x   e 2 x . f  x  e 2 x  2 x  1   e 2 x . f  x    e 2 x  2 x  1   e 2x . f  x    dx e 2 x  2 x  1 dx . 1 2x Ta đi tính I1 e  2 x  1 dx . Đặt u 2 x  1  du 2dx ; dv e 2 x dx chọn v  e2 x . 2 I1 e 2 x  2 x  1 dx    e 2x 1 1  2 x 1 e2 x  e 2 x dx  e 2 x .2 x  C . 2 2 1 1  1 . f  x    dx e 2 x  2 x  1 dx  e 2 x . f  x   e 2 x .2 x  C  f  x   e2 x .2 x  C  . 2 x 2 2  e 1 mà f  0  1  C 1  f  x   x  2 x . e 1 1 1 Ta có f  x  dx  x  e 0 0  2x  x2  d x    2  2e12 x  1  21e2 .  0 Ví dụ 6. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên  và thỏa mãn f (0) 3 , 2 f ( x)  f (2  x) x 2  2 x  2, x   .Tính tích phân I xf '( x)dx . 0 Lời giải: 2 2 2 Áp dụng công thức tích phân từng phần, ta có: xf '( x)dx xf ( x) |0  f ( x)dx . 0 0 2 Từ f ( x)  f (2  x) x  2 x  2, x   (1) Thay x 0 vào (1) ta được f (0)  f (2) 2  f (2) 2  f (0)  1 . 2 Xét I f ( x)dx 0  x 0  t 2 Khi đó  x 2  t 0 Đặt x 2  t  dx  dt đổi cận:  0 2 2 I1  f (2  t )dt f (2  t )dt f (2  x )dx 2 0 2 0 2 2 2 Do đó ta có  f ( x)  f (2  x ) dx  x  2 x  2  dx  2f ( x)dx  0 0 0 8  3 2 4 f ( x)dx  3 0 18 2 2 2 4 10 10  I xf '( x)dx  . Vậy . 3 3 3 0 0 0 Ví dụ 7. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên  , thỏa mãn 2 f (3)  f (0) 18 và 3 3 302 f ( x)  f ( x )  1 x  1 dx  I  dx.   . Tính tích phân   15 x 1 0 0 2 Ta có xf '( x)dx xf ( x) |0  f ( x)dx 2 f (2)  Lời giải: u  x  1  Đặt  dv  f ( x )  1 1  dx du  2 x 1  v  f ( x )  x  1  3 302    f ( x)  x  1 x  1   Khi đó 0 15 3  f ( x) x 1     dx  2 2 x  1 0   3 2 f (3)  f (0)  7  I 1 302 I 14 76   x 1dx  25    I 2 20 15 2 6 15  1  4   Ví dụ 8. Cho f ( x) là hàm số chẵn liên tục, có đạo hàm trên  , thỏa mãn f   2 và 1 2 0 f ( x)dx 3 . Tính tích phân I  sin 2 xf (sin x)dx.  6 0 Lời giải: 0 sin x cos x. f (sin x)dx Ta có I 2  , đặt t s inx  dt cos xdx  6  1   t x  6 2 Đổi cận :   x 0  t 0 u  x  Đặt:   dv  f ( x)dx 0 tf (t ) dt  I 2 xf ( x)dx khi đó I 2  1 1 2  0 du dx   ta có I 2   xf ( x)   1  2 v  f ( x )  2 0   4  2 f ( x) dx f ( x)dx  1 1  2 2  0 1 2 0 Do f ( x) là hàm số chẵn nên 0 f ( x)dx f ( x)dx . Khi đó 1 2 0 1 2 I 4  2 f ( x)dx 4  6  2 0 Vậy I  2. Ví dụ 9. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên đoạn  1;3 và thỏa mãn f (3)  f (1) 3 , 3 3 f ( x )  ln x xf ( x ) dx . dx 0 .Tính tích phân I  2  x 1  x  1 1 1 Lời giải: 19 u  f ( x )  ln x f ( x)  ln x .dx , đặt  1  Xét I  2 dv  dx  x  1 2 1   x  1  3 3  1  du  f ( x)  x  dx    v  1  1  x  x 1 x 1 3 xf ( x) 1   x  dx  f ( x)  ln x     Khi đó I   x 1  1 1  x  1 x  1  3 3 1 3 3  f (3)  ln 3  f (1)   0  ln x  1 1    ln 3  ln 2 . 4 2 4 4 Bài tập tương tự 3 Bài 1. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm trên  , thỏa mãn f ( 3)  3 và  0 3 f ( x) dx 1  x2 1 .   Tính tích phân I  f ( x) ln x  1  x 2 dx . 0 Bài 2. Cho hàm số f  x  có đạo hàm liên tục trên  0; 2 và thỏa f  1 0 ,  f  x   2 1  4 f  x  8 x  32 x  28 , x   0; 2 . Tính tích phân I f  x  dx. 2 0 Bài 3. Cho hàm số f  x  nhận giá trị dương và có đạo hàm liên tục trên đoạn  0;1 2 sao cho f  1 1 và f  x  . f  1  x  e x  x , x   0;1 . Tính tích phân  2x I  1 0 3  3 x 2  f  x  f  x dx . 1 Bài 4. Cho hàm số f ( x) có đạo hàm liên tục trên  và thỏa mãn f ( x) dx 1 , 0 1 f  1 cot1 .Tính tích phân I  f  x  tan 2 x  f  x  tan x  dx . 0 Bài 5. Cho hàm số f  x  có đạo hàm liên tục trên  0;1 , thỏa mãn  f  x   2 1  4 f  x  8 x  4, x   0;1 và f  1 2 . Tính tích phân I f  x  dx . 2 0 Bài 6. Cho hàm số f  x  có đạo hàm liên tục trên  , f  0  0, f  0  0 và thỏa mãn 2 2 hệ thức f  x  . f  x   18 x  3x  x  f  x    6 x  1 f  x  , x   . 1 f  x Tính tích phân I  x  1 e dx. 0 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan