Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
NGUYÊN HÀM – TÍCH PHÂN VÀ ỨNG DỤNG
Chủ đề III
I. Nguyên hàm và các tính chất cơ bản
Vấn đề cần nắm:
I. Nguyên hàm và
các tính chất cơ bản
II. Hai phương
pháp cơ bản tìm
nguyên hàm
III. Khái niệm và
tính chất cơ bản
tích phân
IV. Hai phương
pháp cơ bản tính
tích phân
V. Ứng dụng hình
học của tích phân
Kí hiệu K là một khoảng, một đoạn hay một nửa khoảng
1. Định nghĩa
Cho hàm số f x xác định trên K. Hàm số F x được gọi là nguyên hàm của
hàm số f x trên K nếu F ' x f x với mọi x thuộc K.
Định lý 1
1. Nếu F x là một nguyên hàm của hàm số f x trên K thì với mỗi hằng
số C, hàm G x F x C cũng là một nguyên hàm của hàm f x trên
K.
2. Đảo lại nếu F x và G x là hai nguyên hàm của hàm số f x trên K thì
tồn tại hằng số C sao cho F x G x C.
Định lý 2
Nếu F x là một nguyên hàm của f x trên K thì mọi nguyên hàm của
f x trên K đều có dạng F x C , với C là một hằng số.
STUDY TIP
Từ định nghĩa nguyên hàm
ta có được:
f x dx f x
Người ta chứng minh được rằng: “Mọi hàm số liên tục trên K đều có nguyên
hàm trên K.”
Từ hai định lý trên ta có
- Nếu F x là một nguyên hàm của hàm số f x trên K thì F x C , C
là
họ tất cả các nguyên hàm của f x trên K. Kí hiệu
f x dx F x C.
Chú ý
Biểu thức
chính
là vi phân của nguyên
hàm
của
2. Tính chất của nguyên hàm
Tính chất 1
f x dx f x C.
vì
Tính chất 2
kf x dx k f x dx
Tính chất 3
f x g x dx f x dx g x dx
LOVEBOOK.VN | 257
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
II. Hai phương pháp cơ bản để tìm nguyên hàm
1. Phương pháp đổi biến số
Định lí 3
Từ đây ta suy ra hệ quả
Cho hàm số u u x có đạo hàm liên tục trên K và hàm số y f u liên
có
tục sao cho hàm hợp f u x xác định trên K. Khi đó nếu F là một nguyên
hàm của f thì f u x u ' x dx F u x C
Với u ax b, a 0 ta
f ax b dx
1
F ax b C
a
Ví dụ 1: Tìm nguyên hàm
x 1
10
dx .
Lời giải
STUDY TIP
Với phương pháp đổi biến
ta cần chú trọng công thức
mà suy ra từ định lý như
sau:
Nếu u f x , khi đó
du f ' x dx
Chú ý
Nếu tính nguyên hàm
theo
biến
mới
thì sau khi
tính nguyên hàm xong,
ta phải trở lại biến x ban
đầu bằng cách thay u
Theo định lý trên thì ta cần viết về dạng
Mà u ' x 1 ' 1 , do vậy
x 1
10
f u du .
dx x 1 . x 1 'dx x 1 d x 1
10
10
x 1
11
C .
11
Từ ví dụ trên ta có các bước gợi ý để xử lý bài toán tìm nguyên hàm theo phương
pháp đổi biến
1. Đặt u g x .
2. Biến đổi x và dx về u và du.
3. Giải bài toán dưới dạng nguyên hàm hàm hợp
f u du , sau đó thay biến x
vào nguyên hàm tìm được và kiểm tra lại kết quả.
Ta đến với ví dụ 2
Ví dụ 2: Tìm
bởi
x 1 x
7
2
dx .
Ở bài toán này, ta thấy số mũ 7 khá cao mà lại có biểu thức trong ngoặc phức
tạp hơn là x 2 . Do vậy ta sẽ đặt 1 x để đổi biến, dưới đây là lời giải áp dụng
7
gợi ý các bước trên.
Lời giải
Đặt u 1 x du 1 x 'dx du dx
ta có
x 1 x
2
7
dx 1 u .u7 1 du u7 2u8 u9 du
2
1 x 2 1 x 1 x
u8 2u9 u10
C
8
9
10
8
9
10
8
9
10
C.
2. Phương pháp lấy nguyên hàm từng phần.
Chú ý
Đẳng thức trong định lý
4 còn được viết dưới
dạng
Định lý 4
Nếu u và v là hai hàm số có đạo hàm liên tục trên K thì
u x v ' x dx u x .v x v x u ' x dx .
Nếu nguyên hàm có dạng
p x .q x dx thì ta có thể nghĩ đến phương pháp
nguyên hàm từng phần. Bảng sau gợi ý cách đặt ẩn phụ để tính nguyên hàm
p x .q x dx.
LOVEBOOK.VN| 258
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Hàm dưới dấu tích phân
p x là đa thức, q x là hàm lượng giác
Cách đặt
u p x
dv q x dx
p x là đa thức, q x f e x .e x
u p x
dv q x dx
p x là đa thức, q x f ln x
u q x
dv p x dx
p x là hàm lượng giác, q x f e x
u q x
dv p x dx
p x là đa thức, q x f ln x
u p x
dv q x dx
1
x
p x là đa thức, q x f u x . u x , u x là
các hàm lượng giác sin x,cos x, tan x,cot x
u p x
dv q x dx
Ví dụ 3: Thầy Điệp Châu cho bài toán “ Tìm sin x cos xdx ” thì ba bạn Huyền,
Lê và Hằng có ba cách giải khác nhau như sau
Bạn Huyền giải bằng phương
pháp đổi biến số như sau:
“Đặt u sin x , ta có:
du cos xdx
Vậy sin x.cos xdx udu
u2
sin 2 x
C
C ”
2
2
Bạn Lê giải bằng phương pháp lấy nguyên hàm
từng phần như sau:
“Đặt u cos x, v ' sin x .
Ta có u' sin x, v cos x .
Công thức nguyên hàm từng phần cho ta
2
sin x cos xdx cos x sin x cos xdx
Giả sử F là một nguyên hàm của sin x.cos x .
Theo đẳng thức trên ta có
F x cos 2 x F x C .
Bạn Minh Hằng chưa học
đến hai phương pháp trên
nên làm như sau:
“ sin x.cos xdx
sin 2x
cos 2x
dx
C
2
4
.”
cos 2 x C
.
2
2
cos 2 x
Điều này chứng tỏ
là một nguyên
2
hàm của sin x.cos x.
Suy ra F x
Vậy sin x.cos xdx
STUDY TIP
Bài toán củng cố về định
lý 1 đã nêu ở trên, và củng
cố các cách giải nguyên
hàm cơ bản.
cos2 x
C .”
2
Kết luận nào sau đây là đúng?
A. Bạn Hằng giải đúng, bạn Lê và Huyền giải sai.
B. Bạn Lê sai, Huyền và Hằng đúng.
C. Ba bạn đều giải sai.
D. Ba bạn đều giải đúng.
Đáp án D.
Nhận xét: Sau khi soát kĩ cả ba lời giải, ta thấy ba lời giải trên đều không sai ở
bước nào cả, tuy nhiên, tại sao đến cuối cùng đáp án lại khác nhau? Ta xem giải
thích ở lời giải sau
LOVEBOOK.VN | 259
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
Lời giải
cos 2 x
sin 2 x cos 2 x
và
đều là
;
2
2
4
nguyên hàm của sin x.cos x do chúng chỉ khác nhau về một hằng số. Thật vậy
Cả ba đáp số đều đúng, tức là cả ba hàm số
sin 2 x cos 2 x 1
;
2
2 2
2
2
sin 2 x cos 2 x 2 sin x 1 2 sin x
1
.
2
4
4
4
3. Bảng một số nguyên hàm mở rộng
ax b
ax b dx a 1
1
dx
C , 1
ax b
m
1
a
2
a
2
tan ax b dx a ln cos ax b C
1
dx e ax b C
a
ax b
dx
1
sin ax b dx a cos ax b C
1
ax b a ln ax b C
e
cos ax b dx a sin ax b C
1
1
maxb C , m 0
a ln m
cot ax b dx a ln sin ax b C
1
dx
1
x
arctan C
2
a
a
x
sin ax b a cot ax b C
dx
1
ax
ln
C
2
2a a x
x
x
dx
x a
2
2
dx
dx
1 a x2 a2
C
x x2 a2 a ln
x
b
ln ax b dx x a ln ax b x C
e ax a sin bx b cos bx
a2 b2
dx
1
xa
ln
C
2
2a
xa
a
1
2
dx
ax
e sin bxdx
2
cos ax b a tan ax b C
ln x x2 a2 C
1
2
C
LOVEBOOK.VN| 260
a 2 x 2 dx
dx
x a2 x 2 a2
x
arcsin C
2
2
a
1
sin ax b a ln tan
ax
e cos bxdx
ax b
C
2
e ax a cos bx b sin bx
a 2 b2
C
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
III. Các dạng toán về nguyên hàm
Dạng 1: Tìm nguyên hàm F x của hàm số f x trên D .
Các bài toán ở dạng 1 thì chỉ yêu cầu độc giả nhớ bảng công thức nguyên hàm
cơ bản thường gặp. Chú ý với các nguyên hàm hàm hợp để áp dụng đúng công
thức!
Ví dụ 1: Tìm nguyên hàm của hàm số f x cos3x.
A. cos 3xdx 3 sin 3x C.
STUDY TIP
cos ax b dx
sin ax b
C.
C.
cos 3xdx
B.
sin 3x
C.
3
cos 3xdx
sin 3x
C.
3
D. cos 3xdx sin 3x C.
Đáp án B
Lời giải
a
Ta có cos3xdx
1
sin 3x
d sin 3x
C .
3
3
Ví dụ 2: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
dx
1
A.
5x 2 5 ln 5x 2 C.
C.
5x 2 5 ln 5x 2 C.
dx
Đáp án A.Lời giải
Ta có
1
.
5x 2
dx
1
B.
ln 5x 2 C.
5x 2
2
dx
D.
ln 5x 2 C.
5x 2
1 d 5x 2 1
ln 5 x 2 C .
5x 2
5
f x dx 5x 2 5
dx
Ví dụ 3: Tìm nguyên hàm của hàm số f x 7 x .
A. 7 x dx 7 x ln 7 C.
B. 7 x dx
7x
C.
ln 7
C. 7 x dx 7 x 1 C.
D. 7 x dx
7 x 1
C.
x1
Đáp án B.
Lời giải
Ta có 7 x dx 7 x
d 7
d 7
x
x
7 x .ln 7
ln 7
7x
C.
ln 7
Ví dụ 4: Nguyên hàm của hàm số f x
A. F x
C. F x
1
3 x 1
1
3 x 1
3
3
1 x
5
là
B. F x
C.
1
4 x 1
x
4
C.
D. F x
1
4 x 1
C.
4
1
4 x 1
4
1
3 x 1
3
C.
Đáp án D
Lời giải
Đặt u x 1 thì u 1 .
LOVEBOOK.VN | 261
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
Khi đó
x
1 x
5
dx
The best or nothing
1
u1
1
du 4 5 du u4 du u5 du
5
u
u
u
1 1 1 1
. 3 . 4 C.
3 u
4 u
Thay u x 1 ta được
x
x 1
5
dx
1
4 x 1
4
1
3 x 1
3
C
Ví dụ 5: Nguyên hàm của hàm số x.ln x là
x 2 .ln x
x2 .ln x x2
A.
B.
C
C
2
2
4
x2 .ln x x 2
x2
C.
D.
C
C
2
4
4
Đáp án B
Lời giải
STUDY TIP
Ở đây xuất hiện tích của
x.ln x nên ta áp dụng
nguyên hàm từng phần.
1
ln x u x dx du
Ta có x.ln xdx . Đặt
2
dv xdx v x
2
Theo phương pháp nguyên hàm từng phần ta có
x.ln xdx udv uv vdu
x2
x2 1
.ln x . dx
2
2 x
x2 .ln x
x
x 2 .ln x x 2
dx
C.
2
2
2
4
Dạng 2: Chứng minh F x là một nguyên hàm của hàm f x trên D .
Ví dụ 1: Cho F x ln ln ln x . Hỏi F x là nguyên hàm của hàm số nào
dưới đây?
Chú ý
Sai lầm thường gặp là
không biết cách đạo
hàm hàm hợp. Ở đây ta
cần đạo hàm như sau:
với
lần
lượt
như thế ta sẽ ra được kết
quả như bên.
A. f x
1
x.ln ln x
B. f x
C. f x
1
ln x.ln ln x
D. f x
1
ln ln ln x
1
x.ln x.ln ln x
Đáp án D.
Lời giải
Để tìm F x là nguyên hàm của hàm số nào trong số 4 hàm số trên, ta sẽ đi đạo
hàm F x từ đó suy ra f x .
1
1
1
. ln ln x
.
Ta có F x ln ln ln x
ln x
ln ln x
ln ln x ln x
1
1 1
1
.
.
f x .
ln ln x ln x x x.ln x.ln ln x
1
x3
1
Ví dụ 2: Cho F x .ln
. Hỏi F x là nguyên hàm của hàm số nào
6
x 3 12
dưới đây?
A. f x
1
x 9
1
x
C. f x 2
12
x 9
2
LOVEBOOK.VN| 262
B. f x
1
x9
1
x
D. f x 2
12
x 9
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Đáp án A.
Lời giải
STUDY TIP
Công thức cần nhớ:
dx
1
ax
a 2 x2 2a ln a x C
x
dx
1
xa
ln
C
a 2 2a x a
2
1
x3
1 1
1
1
.ln x 3 .ln x 3
Cách 1: Ta có F x .ln
x 3 12 6
6
12
6
1 1
1 1
1
6
1
.
.
. 2
2
2
6 x3 6 x3 6 x 3
x 9
Cách 2: Thực chất đây là công thức nguyên hàm mà tôi đã giới thiệu ở bảng
nguyên hàm phía trên (dòng số 6 trong bảng).
1
Áp dụng công thức trên ta có ngay f x 2
x 9
Dạng 3: Xác định nguyên hàm của một hàm số với điều kiện ràng buộc.
Ví dụ 1: Tìm nguyên hàm F x của hàm số f x sin x cos x thỏa mãn
F 2.
2
A. F x cos x sin x 3
B. F x cos x sin x 3
C. F x cos x sin x 1
D. F x cos x sin x 1
Đáp án D.
Lời giải
Với các bài toán đơn
giản như ở ví dụ 1, ta chỉ
đi tìm nguyên hàm như
thông thường, sau đó
dùng điều kiện ràng
buộc có sẵn để tìm hằng
số C.
Ta có F x f x dx sin x cos x dx sin x cos x C .
Do F 2 nên sin cos C 2 1 C 2 C 1 .
2
2
2
Vậy hàm số cần tìm là F x sin x cos x 1 .
Ví dụ 2: Cho hàm số f x thỏa mãn f x 3 5sin x và f 0 10. Mệnh đề
nào dưới đây đúng?
A. f x 3x 5cos x 5
B. f x 3x 5cos x 2
C. f x 3x 5cos x 2
D. f x 3x 5cos x 15
Đáp án A.
Lời giải
Ta có f x f x dx 3 5sin x dx 3x 5cos x C .
Do f 0 10 nên 3.0 5cos0 C 10 C 5 . Vậy f x 3x 5cos x 5 .
Ví dụ 3: Cho F x x2 là một nguyên hàm của hàm số f x e 2 x . Tìm nguyên
hàm của hàm số f x e 2 x ?
f x e
C. f x e
A.
2x
x2 2x C
2x
2x2 2x C
f x e
D. f x e
B.
2x
2x
x2 x C
2 x2 2 x C
Đáp án D.
Lời giải
LOVEBOOK.VN | 263
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
f x dx F x F x f x .
Cách 1: Sử dụng tính chất của nguyên hàm
STUDY TIP
Rõ ràng trong bài toán này,
việc sử dụng công thức
nguyên hàm từng phần sẽ
mang lại kết quả nhanh
hơn. Do f x e 2xdx có sự
xuất hiện của tích hai phần
tử, nếu sử dụng nguyên
hàm từng phần sẽ xuất hiện
vdu 2 f x e dx
uv f x e kết hợp dữ
Suy ra f x
f x e
2 x .e
2x f x e2x
dx F x f x e 2 x F x x 2
2 4x e
e
e
2x
2 x. e 2 x
2x
f x e
2x
2
2x
2
2x
2x
2 4x
.
e2x
dx
Nếu u, v là hai hàm số có đạo hàm liên tục trên K thì:
u x v x dx u x .v x v x .u x dx .
2x
kiện đề bài sẽ có ngay đáp
án.
2x
2 4x 2 x
.e dx 2 4 x dx 2 x 2 x 2 C .
e2x
Cách 2: Sử dụng công thức nguyên hàm từng phần.
Vậy
2x
ngay
và
Từ giả thiết, ta có
Ta có e 2 x . f x dx e 2 x . f x f x .2e 2 xdx f x e 2 x 2 f x e 2 xdx .
f x e
Từ giả thiết:
Vậy
f x e
2x
2x
2x .
dx F x x 2 f x e 2 x F x x 2
dx 2 x 2 x2 C .
Ví dụ 4: Cho F x x 1 e x là một nguyên hàm của hàm số f x e 2 x . Tìm
nguyên hàm của hàm số f x e 2 x .
f x e
C. f x e
A.
2x
2x
dx 4 2 x e x C
f x e
D. f x e
dx 2 x e x C
2x x
e C
2
2x
dx x 2 e x C
2x
B.
dx
Đáp án C.
Lời giải
f x dx F x F x f x .
Từ giả thiết, ta có f x e dx F x f x e F x x 1 e xe
Cách 1: Sử dụng tính chất của nguyên hàm
2x
f x
xe x
e
x
2
Suy ra f x
2x
x
x
.
ex
x .e
e
x. e x
x
e
x
2
x
x.e x
e
x
2
e x 1 x
e
x
2
1 x
.
ex
1 x 2x
.e dx 1 x e xdx .
x
e
u 1 x
du dx
Đặt
x
x
dv e dx
v e
Vậy
f x e
2x
dx
1 x e xdx 1 x e x e xdx 1 x e x e x C 2 x e x C .
Cách 2: Sử dụng công thức nguyên hàm từng phần.
Ta có e 2 x . f x dx e 2 x . f x f x .2e 2 xdx f x e 2 x 2 f x e 2 xdx .
f x e dx F x x 1 e
f x e F x x 1 e xe .
Vậy f x e dx xe 2 x 1 e C 2 x e
2x
Từ giả thiết:
2x
x
x
2x
LOVEBOOK.VN| 264
x
x
x
x
C.
x
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Dạng 4: Tìm giá trị của tham số để F x là một nguyên hàm của f x .
Ví dụ 1: Tìm a; b; c; d để F x ax 3 bx 2 cx d e x là một nguyên hàm của
f x 2x3 9x2 2x 5 e x .
Với các bài toán dạng
này ta chỉ cần tìm đạo
hàm của F x F x
A. a 3; b 3; c 7; d 13
B. a 2; b 3; c 8; d 13
C. a 2; b 3; c 8; d 13
D. a 3; b 3; c 8; d 15
Đáp án B
Lời giải
sau đó cho F x f x
Ta có F x 3ax 2 2bx c e x ax 3 bx 2 cx d e x
và sau đó sử dụng hệ số
bất định để tìm giá trị
của tham số.
ax 3 3a b x 2 2b c x c d e x
a 2
a 2
3a b 9
b 3
F x f x , x
2b c 2
c 8
c d 5
d 13
LOVEBOOK.VN | 265
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
IV. Bổ sung một số vấn đề về nguyên hàm
Nguyên hàm của các dạng hàm số đặc biệt
Phần này đưa ra cách
tìm nguyên hàm bằng
cách biến đổi hàm số đã
cho thành đạo hàm của
một hàm số, từ đó tìm
được nguyên hàm của
hàm số đó.
Dạng 1: Nguyên hàm của các hàm số dạng tích, thương.
Cho hai hàm số u u x và v v x có đạo hàm liên tục trên K.
Lúc này ta có bảng sau:
Dạng
Tổng
Cấu trúc hàm số
Nguyên hàm
f x u v u v
F x u v
Hiệu
f x u v u v
F x u v
Tích
f x uv uv uv
F x uv
Thương
f x
uv uv u
v2
v
F x
u
v
Ví dụ 1: Nguyên hàm của hàm số f x
A.
C.
f x dx x ln e
f x dx
1 C
x
1
là
1 ex
B. f x dx ln e x 1 C
C
ln e x 1
x
f x dx x ln e
D.
x
1 C
Đáp án A.
Lời giải
Thay vì đi tìm nguyên hàm của hàm số theo cách truyền thống, ta có thể giải
bài toán bằng bảng ở trên như sau:
1 ex ex
1 ex
1
ex
f x
1
x
x ln e x 1
x
x
x
x
1 e
1 e
1 e
1 e
x ln e x 1 f x dx x ln e x 1 C
f x dx ln
C.
f x dx ln x C
1
3
x
1
C
ln 2 x
x
Ví dụ 2: Nguyên hàm của hàm số f x
A.
1
ln x
2
1
là
ln x
B.
f x dx ln
D.
1
3
1
C
ln 2 x
x
x
f x dx
C
ln x
Đáp án D.
Ta có f x
1
ln x
f x dx
2
Lời giải
1
1 ln x x .ln x x . ln x x
2
ln x ln x 2
ln x
ln
x
x
C
ln x
Ví dụ 3: Tìm nguyên hàm F x của hàm số f x x.ln ex 2 với x 0.
A. F x ex2 .ln ex C
C. F x x2 .ln x C
LOVEBOOK.VN| 266
B. F x x2 .ln ex C
D. F x x ln x C
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Đáp án C
Lời giải
Ta có
1
f x x. ln e 2 ln x x 1 2 ln x x2 . 2x ln x x 2 . ln x x 2 .ln x
x
x 2 ln x F x x 2 .ln x C
Dạng 2: Các dạng nguyên hàm đơn giản chứa hàm e x .
Bảng nhận dạng nguyên hàm và đạo hàm của hàm số chứa e x .
Đặc trưng
Nguyên hàm
F x u x .e
Hàm số (đạo hàm)
x
F x u x u x e x f x
ex
F x u x .e x
F x u x u x e x f x
eaxb
F x u x e axb
F x u x au x e ax b f x
v x
e
v x
F x u x e
v x
F x u x v x u x e f x
e
x
Ví dụ 1: Nguyên hàm của hàm số f x 5x 2 13x 9 e x là
C. F x 5x
A. F x 5x 2 6 e x C
2
B. F x e x x 2 1 5x C
D. F x 5x 3x 6 e x C
3x e C
x
2
Đáp án D.
Lời giải
Ta có f x 10 x 3 5x 2 3x 6 e x 5x 2 3x 6 5x 2 3x 6 e x
Từ bảng nhận dạng nguyên hàm phía trên F x 5x 2 3x 6 e x C là
nguyên hàm của hàm số đã cho.
e x x.e x .ln x
.
x
B. F x e x .ln x C
Ví dụ 2: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
A. F x e x .ln 2x C
C. F x e x .ln x C
D. F x e x .ln x C
Đáp án B.
Lời giải
x
1
e x.e .ln x 1 x ln x e
ln x e x ln x ln x e x
Ta có f x
x
x
x
x
x
F x e x .ln x C là nguyên hàm của hàm số đã cho.
1 1
Ví dụ 3: Nguyên hàm của hàm số f x 2 e x là
x
x
x
x
e
e
ex
A. F x
C B. F x 2 C C. F x
C
x
x
x
Tương tự với hai nhận
dạng còn lại, quý độc
giả có thể áp dụng vào
các bài toán phức tạp
hơn.
D. F x
ex
C
x2
Đáp án A.
Lời giải
1 1
1 1
ex
Ta có f x 2 e x e x F x
C là nguyên hàm
x x
x
x
x
của hàm số đã cho.
LOVEBOOK.VN | 267
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
Nguyên hàm một số hàm lượng giác
a. Dạng sin m x.cosn xdx trong đó m , n là các số tự nhiên.
Trường hợp 1: Trong hai số m, n có ít nhất một số lẻ.
Lũy thừa của cos x là số lẻ, n 2k 1
thì đổi biến u sin x
sin
m
Lũy thừa của sin x là số lẻ,
m 2k 1 thì đổi biến u cos x
k
k
x.cosn xdx sinm x cos2 x cos xdx sinm x.cosn xdx cosn x sin 2 x sin xdx
k
sin m x 1 sin 2 x . sin x dx
um 1 u2
cosn x. 1 cos 2 x
du
k
cos x dx
k
k
1 u2 .undu
Ví dụ 1: Tìm sin 5 x.cos2 xdx .
Lời giải
Vì lũy thừa của sin x là số lẻ nên ta đổi biến u cos x du cos x dx .
sin
5
2
x.cos2 xdx 1 cos 2 x .cos 2 x. cos x dx
1 u2
.u du 2u
2
2
4
u2 u6 du
2u5 u3 u7
C
5
3
7
2 cos5 x cos3 x cos7 x
C.
5
3
7
Trường hợp 2: Cả hai số m, n đều là số chẵn: Ta sử dụng công thức hạ bậc để
giảm một nửa số mũ của sin x; cos x , để làm bài toán trở nên đơn giản hơn.
b. Dạng sin mx.cos nxdx , sin mx.sin nxdx ,
cos mx.cos nxdx.
Ta sử dụng công thức biến đổi tích thành tổng trong lượng giác.
c. Dạng
tan m x
cosn x dx trong đó m , n là các số nguyên.
Lũy thừa của cos x là số nguyên
Lũy thừa của tan x là số nguyên
dương chẵn, n 2k thì ta đổi biến
u tan x
dương lẻ, m 2k 1 thì ta đổi biến
tan m x
tan m x
1
d
x
cosn x
cos2 k2 x . cos2 x dx
2
. tan x 'dx
k 1
m
2
sin x
, do đó
cos2 x
k
k 1
um . 1 u2
LOVEBOOK.VN| 268
Khi đó u '
1
cos x
tan m x
tan 2 k x tan x
d
x
cosn x
cosn1 x . cos x dx
tan m x
cos x
tan x. 1 tan x
u
.d tan x
k 1
du
1
1
2
cos x
. sin x dx
n 1
cos x
cos 2 x
k
u2 1 un1 .du
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Ví dụ 2: Tìm nguyên hàm
a.
tan 6 x
cos4 x dx
b.
tan 5 x
cos7 x dx .
Lời giải
a. Do lũy thừa của cos x là số nguyên dương chẵn nên đặt u tan x . Từ công
thức tổng quát đã chứng minh ở trên ta có
1
tan 6 x
u9 u7
tan9 x tan7 x
6
2
d
x
u
.
1
u
d
u
C
C .
cos4 x
9
7
9
7
1
b. Do lũy thừa của tan x là một số lẻ nên ta đặt u
, do vậy, từ công thức
cos x
tổng quát chứng minh ở trên ta có
2
tan 5 x
u11 2u9 u7
2
6
d
x
u
1
.
u
d
u
C
cos7 x
11
9
7
1
2
1
C.
11
9
11cos x 9 cos x 7 cos7 x
Đổi biến lượng giác
Khi nguyên hàm, tích phân của các hàm số mà biểu thức của nó có chứa các
dạng
x 2 a 2 , x 2 a 2 , a 2 x 2 , thì ta có cách biến đổi lượng giác như sau:
Biểu thức có chứa
Đổi biến
x2 a2
x a tan t , t ;
2 2
Hoặc x a cot t , t 0;
x2 a2
x
Hoặc x
, t ; \0
sin t
2 2
a
, t 0; \
cos t
2
a
x a sin t , t ;
2 2
a2 x2
Hoặc x a cos t , t 0;
ax
ax
x a cos 2t
ax
ax
x a b x
x a b a sin2 t , t 0;
2
Nguyên hàm của hàm phân thức hữu tỉ
Cho hàm số y f x có dạng f x
STUDY TIP
Kí hiệu deg P x là bậc
của đa thức P x .
P x
Q x
trong đó P và Q là các đa thức, và P
không chia hết cho Q.
Hàm f x được gọi là hàm phân thức hữu tỉ thực sự nếu deg P deg Q .
Trong các bài toán tìm nguyên hàm và tích phân của hàm phân thức hữu tỉ, nếu
f x chưa phải là hàm phân thức hữu tỉ thực sự thì ta thực hiện chia tử thức cho
mẫu thức để được
LOVEBOOK.VN | 269
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
f x
P x
Q x
S x
The best or nothing
R x
Q x
S x h x ,
Khi đó, h x sẽ là hàm phân thức hữu tỉ thực sự.
Định lý: Một phân thức thực sự luôn phân tích được thành tổng các phân thức
đơn giản hơn.
Đó là các biểu thức có dạng
1
1
ax b
ax b
;
; 2
;
k
x a x a x px q
x 2 px q
k
là các
hàm số có thế tìm nguyên hàm một cách dễ dàng. Để tách được phân thức ta
dùng phương pháp hệ số bất định.
a. Trường hợp phương trình Q x 0 không có nghiệm phức và các nghiệm
đều là nghiệm đơn.
Q x a1 x b1 a2 x b2 ... ak xk bk
(Số nhân tử chính bằng bậc của đa thức Q x ).
Trong trường hợp này, g có thể biểu diễn dưới dạng
g x
R x
Q x
A1
a1 x b1
A2
a2 x b2
...
Ak
ak x bk
Sau khi biểu diễn được g x về dạng này, bài toán trở thành bài toán cơ bản.
Ví dụ 3: Họ nguyên hàm của hàm số f x
A. F x 4ln x 2 ln
x 1
C
x2
B. F x 4ln x 2 ln
x 1
C
x2
C. F x 4ln x 2 ln
D. F x 4ln x 2 ln
4x 3
là
x 3x 2
2
x2
C
x 1
x2
C
x 1
Phân tích
Đáp án B.
Ta có
4x 3
4x 3
A
B
Ax 2 A Bx B
.
x 3x 2 x 2 x 1 x 1 x 2
x 1 x 2
2
Khi đó A B x 2 A B 4x 3 , đồng nhất hệ số thì ta được
A B 4
A 1
2 A B 3
B 5
Kiểm tra khả năng vận
dụng từ ví dụ 3
Tìm
x 2 2x 1
dx
3
3x 2 2x
2x
Lời giải
Ta có
x
2
1
4x 3
5
dx
dx ln x 1 5.ln x 2 C
3x 2
x 1 x 2
4.ln x 2 ln
x2
x 1
C 4.ln x 2 ln
C.
x 1
x2
LOVEBOOK.VN| 270
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Đáp số bài tập kiểm tra khả năng vận dụng:
x 2 2x 1
1
1
1
2x3 3x2 2x dx 2 .ln x 10 .ln 2x 1 10 .ln x 2 C
b. Trường hợp Q x 0 không có nghiệm phức, nhưng có nghiệm thực là
nghiệm bội.
Nếu phương trình Q x 0 có các nghiệm thực a1 ; a2 ; ...; an trong đó a1 là
nghiệm bội k thì ta phân tích g x
g x
A1
A2
x a x a
1
R x
...
2
1
về dạng
Q x
Ak
x a
k
1
B1
x a2
B2
x a3
...
Bn1
x an
Trên đây là phần lý thuyết khá phức tạp, ta đến với bài tập ví dụ đơn giản sau:
Ví dụ 4: Nguyên hàm của hàm số f x
2x
1 x
3
A. F x
2
1
C
x 1 x 12
B. F x
C. F x
1
1
C
1 x 4 1 x 4
D. F x
là
2
1
C
x 1 x 12
1
1
C
1 x 4 1 x 4
Phân tích
Nhận thấy x 1 là nghiệm bội ba của phương trình x 1 0 , do đó ta biến
3
2x
đổi
A x2 2x 1 B 1 x C
A
B
C
3
1 x 1 x 2 1 x 3
1 x
1 x
Ax 2 A B x A B C
1 x
3
2
3
A 0
Từ đây ta có 2 A B 2
A B C 0
A 0
B 2
C 2
Lời giải
Kiểm tra khả năng vận
dụng từ ví dụ 4
Tìm
x 4 2x 2 4x 1
x3 x2 x 1
Ta có
2
2
1
2
d
x
1 x 3
1 x 2 1 x 3 dx x 1 x 1 2 C
2x
Đáp số bài tập kiểm tra khả năng vận dụng ví dụ 4
dx
x 4 2x 2 4x 1
x3 x2 x 1
dx
x2
2
x ln x 1 ln x 1
C.
2
x1
TỔNG QUÁT: Việc tính nguyên hàm của hàm phân thức hữu tỉ thực sự được
đưa về các dạng nguyên hàm sau:
A
dx A.ln x a C , k 1
xa
A
A
1
dx
.
C.
2.
k
k 1 x a k 1
x a
1.
LOVEBOOK.VN | 271
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Bài tập rèn luyện kỹ năng
Câu 1: Tìm nguyên hàm I 2 x 1 e x dx.
Câu 8: Tìm nguyên hàm của hàm số f x 2 x 3 .
2
A. I 2 x 1 e x C
B. I 2 x 1 e x C
C. I 2 x 3 e x C
D. I 2 x 3 e x C
A.
x x 1
4x2 1
ln 2 x 1
C
8
4
x x 1
4x2 1
ln 2 x 1
C
B. I
8
4
x x 1
4x2 1
ln 2 x 1
C
C. I
8
4
x x 1
4x2 1
ln 2 x 1
C
D. I
8
4
Câu 3: Tìm nguyên hàm I x 1 sin 2 xdx.
B. I
C. I
D. I
2
1 2 x cos 2 x sin 2 x
D.
C
.
B. e 2017 x C
D.
4
biết F 3.
cos 2 3 x
9
4
3
A. F x tan 3x
3
3
B. F x 4tan3x 3 3
4
3
C. F x tan 3x
3
3
4
3
D. F x tan 3x
3
3
Câu 7: Tìm nguyên hàm của hàm số f x x x .
C.
f x dx 2 x
2
1
LOVEBOOK.VN| 272
2
2
x
x
x
x C B.
f x dx 5 x
x C D.
f x dx 2
2
3
x
x
x
Câu 11: Tìm nguyên hàm
1 2017 x
e
C
2017
Câu 6: Tìm một nguyên hàm F x của hàm số
f x dx 5 x
1
f x dx e e C
B. f x dx e e C
C. f x dx e e C
D. f x dx e e C
x
2017 x
A.
1
x
C
f x g x dx f x dx g x dx
C. f x .g x dx f x dx. g x dx
D. f x g x dx f x dx g x dx
Câu 5: Nguyên hàm của hàm số f x e
là:
f x
f x dx 3 cos 3x 3 sin 3x C
A.
B.
C. 2017.e 2017 x C
3
Câu 10: Tìm nguyên hàm của hàm số f x e x e x .
Tìm khẳng định sai trong các khẳng định sau?
A. k. f x dx k. f x dx với k là hằng số
1 2017 x
e
C
2017
2x 3
dx
C
f x dx cos 3x sin 3x C
B. f x dx cos 3 x sin 3x C
1
C. f x dx cos 3x sin 3x C
3
4
Câu 4: Cho f x , g x là các hàm số liên tục trên
A.
3
A.
C
4
2 2x cos 2x sin 2 x
f x
C
C
2
Câu 9: Tìm nguyên hàm của hàm số:
f x 3sin 3 x cos 3 x.
D.
1 2 x cos 2 x sin 2 x C
2
2 2x cos 2x sin 2 x
C
3
B.
A. I
3
3
f x dx 2x 3
2x 3
C. f x dx
6
Câu 2: Tìm nguyên hàm I x ln 2 x 1 dx.
A. I
f x
2x 3
dx
x C
x C
F x
của hàm số
f x 3x 4 , biết F 0 8.
A. F x
1
38
3x 4
3
3
2
16
B. F x 3x 4 3x 4
3
3
2
56
C. F x 3x 4 3x 4
9
9
2
8
D. F x 3x 4 3x 4
3
3
1
dx.
Câu 12: Tìm nguyên hàm I
4 x2
1
x2
1 x2
A. I ln
B. I ln
C
C
2 x2
2 x2
1 x2
C. I ln
C
4 x2
1 x2
D. I ln
C
4 x2
Câu 13: Cho hàm số f x
1
. Gọi F x là một
2x 3
nguyên hàm của f x . Chọn phương án sai.
A. F x
C. F x
ln 2x 3
2
10 B. F x
ln 2 x 3
4
2
5 D. F x
ln 4x 6
4
ln x
2
3
2
10
1
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
The best or nothing
Câu 14: Tìm nguyên hàm F x của hàm số
f x
x x 1
C.
2
x 1
2
.e x .
D. f x dx
A. F x x2 1.e x C
C. F x 2x x2 1.e 2 x C
Câu 15: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
f x dx x 13 ln x 2 C
B. f x dx ln x 2 C
C. f x dx 3 x 13 ln x 2 C
D. f x dx 3 x 7 ln x 2 C
3x 7
.
x2
A.
B.
f x dx ln
C.
f x dx 3 ln e e
Câu
4
x 3 x 2 x 6 ln x 1 C.
4
x 3 x 2 x 6 ln x 1 C.
Câu 17: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
B.
C.
f x dx
1
x2 1 1
. ln
C
2
x2 1 1
f x dx ln
x2 1 1
x2 1 1
f x dx 2 . ln
1
x 1 1
2
x2 1 1
C
1
1 x2 1
.
ln
C
2
1 x2 1
Câu 18: Tìm nguyên hàm của hàm số
1
f x
.
x 1 x 1
A.
B.
2
2
f x dx x 1 3 x 1 3 C
3
3
f x dx x 1 2 x 1 2 C
1
ex
ex 3
1
e 3
x
.
C
x
x
f x dx 6 ln e e
20: Biết F x là một
1
x
x
3 C
3 C
nguyên hàm của hàm số
f x sin 3 x. cos x và F 0 . Tìm F .
2
A. F .
2
1
B. F .
2
4
1
C. F .
2 4
D. F .
2
Câu 21: Biết F x là nguyên hàm của f x 4 x và
1
x x2 1
F 1
1
. Khi đó giá trị F 2 bằng:
ln 2
7
8
9
A.
B.
C.
.
.
.
ln 2
ln 2
ln 2
Câu 22: Nguyên hàm của hàm số
D.
3
.
ln 2
ex
f x ex 2
là:
cos 2 x
C
f x dx
D.
C
1
ex
ln x
C
3
e 3
D.
x4 5
Câu 16: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
.
x1
1
1
1
A. f x dx x4 x3 x 2 x 6 ln x 1 C.
4
3
2
1
1
1
B. f x dx x4 x3 x 2 x 6 ln x 1 C.
4
3
2
A.
3
2
3
3
1
2 x 1 2 C
x
1
3
f x dx
A.
D. F x x2 1.e x C
f x dx x
D. f x dx x
2
3
Câu 19: Tìm nguyên hàm của hàm số f x
B. F x x2 1.e x C
C.
1
f x dx 3 x 1 x 1
A. F x 2 e x cot x C.
B. F x 2 e x tan x C.
C. F x 2 e x tan x C.
D. F x 2e x tan x.
Câu 23: Tìm nguyên hàm F x x sin x dx biết
F 0 19 .
A. F x
1 2
x cos x 20 .
2
B. F x x 2 cos x 20 .
C. F x x 2 cos x 20
D. F x
1 2
x cos x 20 .
2
LOVEBOOK.VN | 273
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
Hướng dẫn giải chi tiết
Câu 1: Đáp án A
Câu 10: Đáp án A
Câu 11: Đáp án C
Đặt u 2 x 1 du 2dx;
1
F x 3x 4dx 3x 4 2 dx
e x dx dv v e x
Lúc này ta có
2 x 1 e dx 2x 1 .e 2e dx
2 x 1 .e 2e C 2 x 1 e C
x
x
x
x
x
x
Câu 2: Đáp án C
Đặt u ln 2 x 1 du
2
x2
dx; dv xdx v
2x 1
2
Khi đó
x ln 2x 1 dx
x2
x2
2
. ln 2 x 1 .
dx
2
2 2x 1
2
2
. 3x 4 3x 4 C
9
56
Mà F 0 8 C
, ta chọn C.
9
Câu 12: Đáp án D
Ta có
a
2
x
x
.ln 2 x 1
dx
2
2x 1
x 1
x2
1
.ln 2x 1
dx
2 4 4 2x 1
2
x2 x 1
x2
.ln 2 x 1 .ln 2 x 1 C
2
4 4 8
x x 1
4 x2 1
.ln 2 x 1
C .
8
4
Câu 3: Đáp án D
I x 1 sin 2 xdx.
Đặt x 1 u dx du ;
1
sin 2xdx dv v . cos 2x
2
x 1
1
Khi đó I
. cos 2x cos 2xdx
2
2
1
x
cos
2
x
1
.sin 2x C
2
4
Câu 4: Đáp án C
Câu 5: Đáp án D
1
Ta có e 2017 x dx
e 2017 x C
2017
Câu 6: Đáp án A
4
4
Ta có F x
dx . tan 3x C
2
3
cos 3x
4
3
Mà F 3 . tan C 3 C
3
3
3
9
Câu 7: Đáp án A
3
5
2
2 2
x xdx x 2 dx 5 .x 2 C 5 x x C.
Câu 8: Đáp án C
3
1
Ta có f x dx
2x 3 C
3.2
Câu 9: Đáp án C
3
1
3 sin 3x cos 3x dx 3 . cos 3x 3 . sin 3x C
LOVEBOOK.VN| 274
3
2
. 3x 4 2 C
9
2
1
1
1 1
1
dx
dx
dx
2
2a a x a x
x
a x a x
1
xa
.ln
C
2a
xa
Áp dụng vào bài ta chọn D.
Câu 13: Đáp án B
1
1
1
Ta có F x
dx .
.d 2 x 3
2x 3
2 2x 3
ln 2x 3
C
2
Từ đây ta thấy A đúng.
Với B ta thấy
ln 4 x 6
10
ln 2 ln 2 x 3
4
Câu 14: Đáp án A
Ta có f x
4
x2 x 1
x 1
2
.e x
x
x2 1 e x
2
x 1
x
2
10 F x , B sai.
1 x
x 1
2
.e x
x2 1 x2 1 e x
F x x 2 1.e x C (áp dụng bảng ở lí thuyết).
Câu 15: Đáp án C
Ta có
f x dx
3 x 2 13
3x 7
dx
dx
x2
x2
d x 2
13
3
dx 3dx 13
x2
x2
3x 13 ln x 2 C.
Câu 16: Đáp án B
x4 1 6
x4 5
dx
dx
Ta có
x1
x1
6
x 1 x2 1
dx
x
1
x3 x2 x 1 dx 6
d x 1
x1
1 4 1 3 1 2
x x x x 6 ln x 1 C.
4
3
2
Câu 17: Đáp án A
Ta có
Chủ đề 3: Nguyên hàm – tích phân và ứng dụng
1
x
x2 1
d
xdx
dx
x2 1
x2
x2 x2 1
d
x2 1
x2 1
2
The best or nothing
F x f x dx sin 3 x. cos x.dx
2
1 d x 1
2 x2 . x2 1
sin3 x.d sin x
1
x2 1 1
. ln
C
2
x2 1 1
1
1
ua
(Áp dụng công thức 2
. ln
C )
2
2a
ua
u a
du
dx
x 1 x 1
3
3
1
x 1 2 x 1 2 C
3
x 1 x 1 dx
Câu 19: Đáp án A
e
x
3
e x dx
e
x
e
x
3
x 1 x 1
d ex
e
x
e
x
3
1 1
1
1
ex
x
d
e
ln
C
3 e x e x 3
3
ex 3
Câu 20: Đáp án C
3
3
1 2
. x 1 2 x 1 2 C
2 3
1
2
dx
x 1 x 1 dx
x 1 x 1
1 x
.4 C F x
ln 4
1
4
1
1
Mà F 1
C
C
.
ln 2
ln 4
ln 2
ln 2
1 2
1
16
1
7
Do đó F 2
.
.4
ln 4
ln 2 2 ln 2 ln 2 ln 2
Câu 22: Đáp án C
Ta có
Ta có
Ta có
1
F
2 4
Câu 21: Đáp án A
Câu 18: Đáp án D
1
sin4 x C
4
1
F 0 C F x sin4 x
4
4
x
dx
ex
F x f x dx e x 2
dx
cos 2 x
dx
2 e x dx
2 e x tan x C.
2
cos x
Câu 23: Đáp án D
x2
cos x C
2
x2
F 0 19 C 20 F x
cos x 20
2
F x x sin x dx
LOVEBOOK.VN | 275
Công Phá Toán – Lớp 12
Ngọc Huyền LB
V. Khái niệm và các tính chất cơ bản của tích phân
1. Định nghĩa
Cho hàm số f x là hàm số liên tục trên đoạn a; b . Gỉa sử F x là một
b
Ta gọi
là dấu tích
nguyên hàm của f x trên đoạn a; b .
a
phân, a là cận dưới, b là
Hiệu số F b F a được gọi là tích phân từ a đến b (hay tích phân xác định
cận trên, f x dx là biểu
trên đoạn a; b ) của hàm số f x , kí hiệu là
thức dưới dấu tích phân
và f x là hàm số dưới
b
f x dx.
a
dấu tích phân.
b
Vậy
b
f x dx F x a F b F a .
a
Chú ý
2. Nhận xét
1. Định nghĩa tích phân
b
a. Tích phân của hàm số f từ a đến b có thể kí hiệu bởi
f x dx
hay
a
b
f t dt. Tích phân đó chỉ phụ thuộc vào
f và các cận a , b mà không phụ
a
chỉ được áp dụng khi biết
một nguyên hàm
thuộc vào biến số x hay t.
của
b. Ý nghĩa hình học của tích phân. Nếu hàm số f x liên tục và không âm
trên đoạn
2. Tích phân
trên đoạn a; b , thì tích phân
là
b
f x dx
là diện tích S của hình thang cong
a
giới hạn bởi đồ thị f x , trục Ox và hai đường thẳng x a; x b. Vậy
một số, còn nguyên hàm là
một (họ) hàm số (nó còn
được gọi là tích phân
không xác định).
3.
b
S f x dx.
a
không phụ
3. Các tính chất của tích phân
thuộc vào chữ viết biến số
trong dấu tích phân, mà
chỉ phụ thuộc vào hàm số
Tính chất 1
b
b
a
a
kf x dx k f x dx với k là hằng số.
f và đoạn
Tính chất 2
Ta quy ước
f x dx 0;
a
b
a
a
b
b
b
b
a
a
a
f x g x dx f x dx g x dx
a
Tính chất 3
f x dx f x dx
c
a
b
b
c
a
f x dx f x dx f x dx với a c b.
Định lý 1
y
A
-x
Cho f là hàm số xác định trên K và a là một điểm cố định thuộc K. Xét hàm
O
x
x
A
số G x xác định trên K bởi công thức
x
G x f t dt.
a
Hàm số chẵn
Hình 3.1
Khi đó G là một nguyên hàm của f.
Định lý 2
Tích phân của hàm lẻ và hàm chẵn trên
LOVEBOOK.VN| 276
.
- Xem thêm -