换元积分法
数学领域的求积分方法之一
换元积分法(Integration By Substitution),又称变数变换法,是求积分的一种方法,主要通过引进中间变量作变量替换使原式简易,从而来求较复杂的
不定积分
。它是由
链式法则
和微积分基本定理推导而来的。
定义
换元积分法是求积分的一种方法。它是由链式法则和微积分基本定理推导而来的。
在计算函数
偏导数
时,复合函数的链式法则是最常用的法则,把它反过来求不定积分,就是引进中间变量作变量替换,把一个被积表达式变成另一个被积表达式。从而把原来的被积表达式变成较简易的不定积分这就是换元积分法。换元积分法有两种,第一类换元积分法和第二类换元积分法。
两种方法
第一类
第一类换元法,也称为凑
导数
法,推导过程如下:
设 在 上有定义,在 上可导,且, ,并记, 。
若 在 上存在原函数,则 在 上也存在原函数, ,即
在使用时,也可把它写成如下简便形式:使用这种方法的关键在于将 凑成,以及 的原函数容易获得,下面通过一个例子来讲解:
求
解:
第二类
设 在 上有定义,在 上可导,且, ,并记, 。
若, ,则当 在 上存在原函数 时,在 上也存在原函数,且,即
(其中 是 的
反函数
)
此时观察这两类换元法的
定理
公式,发现它们是互相可逆的。
例子
计算积分。
其中换元为后,亦变为,是因为其形式为黎曼-斯蒂尔杰斯积分,但在黎曼-斯蒂尔杰斯积分中变数的取值范围应该还是x的取值范围,而不是的取值范围。
参考资料
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概述
定义
两种方法
第一类
第二类
例子
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