NGUN HÀM – TÍCH PHÂN - ỨNG DỤNG TÍCH PHÂN – CĨ LỜI GIẢI
NGUN HÀM
Ví du 1: Tìm nguyên hàm các hàm số sau:
1
a) f(x) = x3 – 3x +
b) f(x) = 2 x + 3 x
x
c) f(x) = (5x + 3)5
d) f(x) = sin4x cosx
Giải
1
1
x4 3 2
3
x ln x C
a) f ( x )dx (x - 3x + )dx x dx 3 xdx dx
x
x
4 2
2x
3x
x
x
x
x
C
b) f ( x )dx (2 + 3 ) dx 2 dx 3 dx
ln 2 ln 3
(5x 3)6
5
5 d (5 x 3)
C
c) f ( x )dx (5x+ 3) dx (5x+ 3)
5
30
sin5 x
4
4
C
d) f ( x )dx sin x cosxdx sin x d (sin x )
5
3
Ví du 2ï: Tìm một nguyên hàm F(x) của hàm số f(x)=1+ sin3x biết F(
6
)= 0.
Giải
1
1
Ta có F(x)= x – cos3x + C. Do F( ) = 0
- cos + C = 0 C = - .
3
6
6 3
2
6
1
Vậy nguyên hàm cần tìm là: F(x)= x – cos3x - .
3
6
Bài tập đề nghò:
1. T×m nguyªn hµm c¸c hµm sè sau ®©y.
a. (2 x 2 3x 5)dx.
c. sin 2
b.
x
dx.
2
x3
dx.
x2
d . (e2 x 5)e2 x dx.
e.
3
dx
2x 1
2.Tìm một nguyên hàm F(x) của hàm số f(x)=sin2x.cosx, biết giá trò của nguyên hàm bằng 3 khi
1
3. Tìm một nguyên hàm F(x) của hàm số f(x) = e1-2x , biết F( ) 0
2
3
2
2 x 3x 3x 1
1
4. Tìm một nguyên hàm F(x) của hàm số f(x) =
, biết F( 1)
2
x 2x 1
3
TÍCH PHÂN
Ví dụ1: Tìm tích phân các hàm số sau:
a/
3
(x
1
3
1)dx
4
b/ ( 2 3sin x )dx
cos x
4
c/
2
8
x=
3
x 1 dx
2
4
Giải
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
1
3
3
3
3
x4
81
1
a/ ( x 1)dx = x dx 1dx ( x ) ( 3) ( 1) 24
4
4
4
1
1
1
1
3
3
4
4
4
1
4
b/ (
3sin
x
)
dx
4
dx
3
sin
xdx
(4
tan
x
3cos
x
)
2
2
cos
x
cos
x
4
4
4
4
4
= (4 tan 4 3 cos 4 ) [4 tan( 4 ) 3 cos( 4 )] = 8
c/
2
2
1
2
1
2
2
1
2
1
x 1 dx = x 1 dx + x 1 dx = (1 x )dx + ( x 1)dx =(x-
x2 1
x2
2
) 2 ( x ) 1 =5
2
2
Dạng 1: Tính tích phân bằng phương pháp đổi biến dạng 1:
Phương pháp giải:
b1: Đặt x = u(t) (điều kiện cho t để x chạy từ a đến b) dx = u(t). dt
b2: Đổi cận:
x = a u(t) = a t =
x = b u(t) = b t =
b3: Viết
( chọn , thoả đk đặt ở trên)
b
f(x)dx về tích phân mới theo biến mới, cận mới rồi tính tích phân .
a
1
Ví dụ: Tính : 1 x 2 dx
0
§Ỉt x = sint dx = cost.dt. Víi x [0;1] ta cã t [0; ]
2
x 0
1
1
2
12
1
s in2t 2
2
2
t
)0 =
§ỉi cËn:
VËy 1 x dx = cos t.dt (1 cos2t).dt= (t
0
20
2
2
4
2
0
0
Chú ý: Khi gặp tích phân mà biểu thức dưới dấu tích phân có dạng :
a2 x 2 thì đặt x= a sint
t [ ; ]
2 2
a2 x 2 thì đặt x= a tgt
t ( ; )
2 2
x 2 a2 thì đặt x=
Dạng 2: Tính tích phân
b
a
sin t
t [ ; ] \ 0
2 2
f[ (x)]'(x)dx bằng phương pháp đổi biến.
a
Phương pháp giải:
b1: Đặt t = (x) dt = '( x ). dx
b2: Đổi cận:
x = a t = (a) ; x = b t = (b)
b3: Viết tích phân đã cho theo biến mới, cận mới rồi tính tích phân tìm được .
1
1
2x 1
dx
Ví dụ : Tính tích phân sau : a/ I
b/ J x 2 3.x.dx
x2 x 1
0
0
2
Giải:
a/ Đặt t = x + x +1 dt = (2x+1) dx
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
2
x
t
Đổi cận:
0
1
3
3
dt
Vậy I= ln t ln 3
t
1
1
1
3
b/ Đặt t= x 2 3 t2= x2+ 3 tdt = x dx
x
t
Đổi cận:
0
3
2
t3
Vậy J = t dt
3
3
1
2
2
2
3
1
(8 3 3)
3
Bài tập đề nghò:
2
Bµi 1. TÝnh các tích phân sau: 1/I= (3 cos 2 x ).dx
0
1
1
2/J= (e 2)dx
3/K= (6 x 2 4 x )dx
x
0
0
2
Bµi 2. Tính các tích phân sau: 1/ esin x .cos x.dx
0
1
x
e
dx
2/ x
e 1
0
e
3/
1
1
1 ln x
dx
x
4/ x( x 2 3)5 dx
0
Chú ý: đổi biến thì phải đổi cận
Dấu hiệu :
Chứa (biểu thức)n
Đặt u = biểu thức
Chứa
Đặt u =
Chứa mẫu
Đặt u = mẫu
Chứa sinx.dx
Đặt u = cosx
Chứa cosx.dx
Đặt u = sinx
dx
Chứa
Đặt u = lnx
x
Dấu hiệu:
dx
Đặt x = sint , t ;
1 x2
2 2
dx
a 2 x 2 Đặt x = a.sint , t 2 ; 2
dx
Đặt x = tant , t ;
1 x2
2 2
dx
Đặt x = a.tant , t ;
a2 x2
2 2
Tính tích phân bằng phương pháp tùng phần:
b
Công thức từng phần :
u.dv u.v
a
b
a
b
b
v.du hoặc u.v '.dx u.v a v.u ' dx
a
a
Ví dụ 1: Tính các tích phân sau:
b
b
2
a/ I= x.cos x.dx
0
a
e
b/J= x.ln x.dx
1
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
3
Giải
u x
u ' 1
v ' cos x v sin x
a/ Đặt :
(chú ý: v là một nguyên hàm của cosx )
2
0
Vậy I = x cosx
Vậy J= lnx.
-
2
sin x.dx = cosx
0
2
0
= -1
1
u'
u ln x
x
b/ Đặt :
2
v ' x
v x
2
e 2
e
x 1
e2 1
e2 1 2 e e2 1
e
.
dx
xdx
x 1
1
2
x
2
2
2
4
4
1
1
x2
2
Tính tích phân của một số hàm hữu tỉ thường gặp:
a) Dạng bậc của tử lớn hơn hay bằng bậc của mẫu:
Phương pháp giải:Ta chia tử cho mẫu tách thành tổng của một phần nguyên và một phần phân số rồi tính.
Ví dụ: Tính các tích phân sau:
2
2
2x
1
1
1
1
dx
(1
)dx [ x
ln 2 x 1]12 1
ln 3 = ln 3 .
a/
2x 1
2x 1
2
2
2
1
1
0
b/
1
x3
3x 1
dx
x 1
0
(x2
4
x
1
5
)dx
x 1
[
x3
3
x2
2
4x
23
6
ln x 1]0 1
ln 2
b) Dạng bậc1 trên bậc 2:
Phương pháp giải: Tách thành tổng các tích phân rồi tính.
*Trường hợp mẫu số có 2 nghiệm phân biệt:
2
5 x 1 dx
Ví dụ: Tính các tích phân :
x2 x 6
1
Giải
5x 5
A
B
A( x 3) B( x 2)
5 x 1
Đặt 2
=
x
x 6 ( x 2)( x 3) x 2 x 3
( x 2)( x 3)
A(x-3)+B(x+2)=5x-5 cho x=-2 A=3. cho x=3 B=2.
2
2
5 x 1 dx
3
2
2
)dx (3ln x 2 2 ln x 3 ) 1
Vậy ta có:
= (
2
x
x 6 1 x 2 x 3
1
ln
16
27
* Trường hợp mẫu số có nghiệm kép:
1
(2 x 1)dx
Ví dụ: Tính các tích phân :
x2 4x 4
0
1
CI:
0
(2 x 1)dx
x2 4x 4
Giải
1
(
0
2x 4
2
x 4x 4
x
2
5
4x
5
=(ln x 2 4 x 4
)
x 2
1
4
1
0
)dx
0
d ( x 2 4 x 4)
x2 4x 4
5
ln 4
2
1
5
0
1
(x
2)2
dx
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
4
CII: Đặt
1
Vậy
0
2x 1
x 4x 4
B
A( x 2) B
2
x 2 ( x 2)
( x 2)2
A 2
A 2
Ax -2A+B= 0
2 A B 1 B 5
2
2x 1
( x 2)2
1
2 x 1dx
x2 4x 4
[
0
A
2
x
5
2
(x
A( x
2)
2x 1
B
1
5
5
]dx = (2ln x-2 ) ln 4
2
2)
x-2 0 2
*Trường hợp mẫu số vô nghiệm:
0
Ví dụ:
Tính các tích phân :I=
1
(2 x 3)dx
x2 2x 4
Giải:
0
2x 2
dx
2
x 2x 4
I
1
1
Ta có
0
0
d(x
x2
2
1
5
( x 1)2
1
dx
3
0
d ( x 2 2 x 4)
x2 2x 4
5J
2 x 4)
4
= ln/x2 +2x+4/ ln 4 ln3 ln
1
3
2x 4
0
0
Tình J=
5
( x 1)2
1
dx
3
Đặt x+1= 3tgt (t ; ) dx= 3(1 tg2t )dt . Khi x= -1 thí t = 0 ; khi x=0 thí t=
6
2 2
6
J=
0
3(1 tg t )
36
3
3
4
dt
1dt
. Vậy I= ln 5(
)
2
(3 3tg t )
3 0
3 6
3 6
3
2
3/ Tính tích phân hàm vô tỉ:
b
Dạng1: R( x, n ax b )dx
Đặt t= n ax b
a
b
Dạng 2: R( x, n
a
ax b
)dx
cx d
Ví dụ: Tính tích phân I =
1
3
Đặt t= n
ax b
cx d
1 xdx
0
Giải
Đặt t = 1 x t = 1-x x= 1-t dx= -3t2dt.
x
0
1
0
1
t4
t
Đổi cận:
Vậy I= t.(3t 2 )dt 3 t 3dt 3
1
0
4
1
0
3
3
3
1
0
3
4
4/ Tính tích phân của một số hàm lượng giác thường gặp
Dạng: sin ax.cos bxdx, sin ax.sin bxdx,
cos ax.cos bxdx
Phương pháp giải:
Dùng công thức biến đổi tích thành tổng để tách thành tổng hoặc hiệu các tích phân rồi giải.
Dạng: sin xdx;
n
cos
n
xdx
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
5
Phương pháp giải: Nếu n chẵn dùng công thức hạ bậc, n lẻ dùng công thức đổi biến.
Ví dụ :
2 n 1
2n
2
n
sin xdx sin x sin xdx (1 cos x ) sin xdx Đặt t =cosx
n
1 cos 2 x
cos xdx (cos x ) dx 2 dx
2n
Dạng:
Dạng:
2
n
R(sin x).cos xdx
R(cos x ).sin xdx
Đặc biệt: sin2 n x.cos2 k 1 xdx Phương pháp giải: Đặt t =sinx
Đặc biệt: sin2 n 1 x.cos2 k xdx
Phương pháp giải: Đặt t =cosx
Các trường hợp còn lại đặt x=tgt
Ví dụ: Tính các tích phân sau:
4
2
2
a/ sin 3 x.cos x.dx
0
b/ sin 2 xdx
c/ cos3 xdx
0
0
2
d/ cos3 x sin 2 xdx
0
4
4
1
1 cos 4 x cos2 x 2 1
Giải a/ sin 3 x.cos x.dx = (sin 4 x s in2 x )dx (
)0
2
2
4
2
2
0
0
2
2
1 cos2 x
1
sin 2 x 2
dx ( x
)0
2
2
2
4
0
b/ sin2 xdx
0
2
2
2
0
0
0
c/ I= cos3 xdx = cos2 x.cos x.dx (1 sin 2 x ).cos x.dx
Đặt t =sinx dt = cosx dx.
Đổi cận
x
0
2
t
0
1
d/J =
1
t3 1 2
Vậy: I= (1 t ).dt (t ) 0
3
3
0
2
2
2
0
0
0
2
3
2
2
2
2
2
cos x sin xdx = cos x sin x.cos x.dx (1 sin x)sin x.cos x.dx
Đặt t = sinx dt = cosx dx.
Đổi cận
x
1
1
0
t3 t5 1 2
2
VËy: J= (1 t 2 )t 2 .dt (t 2 t 4 ).dt ( )
3 5 0 15
t
0
0
0
1
Bài tập đề nghò: Tính các tích phân sau:
1
x
dx
2/
cos2 x
0
4
Bµi 1 : 1/ x.e dx
3x
0
2
Bµi 2 : 1/ I=
1
x 2 x 3x
dx
x2
3
2
e
3/ ln x.dx
1
4
5
4/ 2 x.ln( x 1).dx
2
2
5/ e x .cos x.dx
0
2 x 5x 3
dx
x 1
3
2/ J=
2
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
6
1
5
1
dx
2
x 5x 6
Bµi 3 : 1/ I=
0
1
2/ I=
4
1
Bµi 4: 1/ x. 3 1 xdx
2/
2
0
1 2x
dx
2
x 6x 9
Bµi 5 : 1/
2
3
2
3
3/ sin 4 x. cos4 x.dx
0
0
2/ sin x.cos x.dx
4
cos x.dx
2
3x 1
dx
x 4x 8
2
x
dx
2 x
4
3/ I=
4/
0
2
1
sin x dx .
6
ỨNG DỤNG CỦA TÍCH PHÂN VÀO TÍNH DIỆN TÍCH HÌNH PHẲNG
1/Các kiến thức căn bản :
a) Dạng toán1: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi 1 đường cong và 3 đường thẳng.
Công thức:
Cho hàm số y=f(x) liên tục trên đoạn [a;b] khi đó diện tích hình phẳng giới hạn bởi đường cong (C) :y=f(x)
b
và các đường thẳng x= a; x=b; y= 0 là : S
f ( x ) dx
a
b) Dạng toán2: Diện tích hình phẳng giới hạn bởi 2 đường cong và 2 đường thẳng.
Công thức:
Cho hàm số y=f(x) có đồ thò (C) và y=g(x) có đồ thò (C’) liên tục trên đoạn [a;b] khi đó diện tích hình phẳng
giới hạn bởi đường cong (C), (C’) và các đường thẳng x= a; x=b là : S
b
f ( x) g ( x) dx
a
Phương pháp giải toán:
B1: Lập phương trình hoành độ giao điểm giữa (C) và (C’)
B2: Tính diện tích hình phẳng cần tìm:
Cách tính S
b
f ( x )dx
a
TH1: Nếu phương trình f(x) = 0 vô nghiệm trong (a;b). Khi đó diện tích hình phẳng cần tìm
b
là: S
f ( x )dx
a
TH2: Nếu phương trình f(x) = 0 có 1 nghiệm là x1 (a;b). Khi đó diện tích hình phẳng cần tìm là:
S
x1
b
f ( x) dx
a
f ( x)dx
x1
TH3: Nếu phương trình hoành độ giao điểm có các nghiệm là x1; x2 (a;b). Khi đó diện tích hình phẳng
cần tìm là: S
x1
f ( x)dx
a
x1
f ( x)dx
x2
x2
f ( x )dx
b
Chú ý: * Nếu phương trình hoành độ giao điểm có nhiều hơn 2 nghiệm làm tương tự trường hợp 3.
* Dạng toán 1 là trường hợp đặc biệt của dạng toán 2 khi đường cong g(x)=0
Ví dụ 1ï: Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi đồ thò của hàm số y = sinx trên đoạn [0;2 ] và Ox.
Giải:
Ta có :sinx = 0 có 1 nghiệm x= 0;2 vậy diện tích hình phẳng cần tìm là:
2
S=
0
sin x dx
sin xdx
0
2
sin xdx
2
= cos x 0 cos x
=4
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
7
Ví dụ2: Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi (P1): y = x2 –2 x , và (P2) y= x2 + 1 và các đường thẳng x = -1
; x =2 .
Giải
Pthđgđ : x2 –2 x = x2 + 1
2x +1= 0
x = -1/2 .
2
Do đó :S=
1/ 2
(x
2
2 x) (x
1) dx
2
1
1/ 2
=
2
[( x
1)]dx
2
[( x 2
1
2 x 1 dx = x
2 x 1 dx
2x) (x 2
1)]dx
1/ 2
2
1
2x) (x
2
2
x
1
2
1
x2
x
2
1/ 2
1
2
=
1
4
25
4
13
(dvdt)
2
Ví dụ 3: Tính diện tích hình phẳng giới hạn bởi (P): y2 = 4 x , và đường thẳng (d): 2x+y-4 = 0.
y2
4y
GiảiTa có (P): y2 = 4 x x =
và (d): 2x+y-4 = 0 x=
.
4
2
y 2
y2 4 y
Phương trình tung độ giao điểm của (P) và đường thẳng (d) là:
=
4
2
y 4
2
Vậy diện tích hình phẳng cần tìm là: S=
(
4
2
4 y y2
y y2
y 2 y3 2
)dy (2
)dy (2 y
) 9
2
4
2
4
4 12 4
4
2/ Bài tập tương tự :
Bài 1. TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi ®å thÞ (C) cđa hµm sè y = 2 - x2 víi ®-êng th¼ng (d): y = x.
Bài 2. Cho hµm sè y = x 1
nã t¹i A(0,1).
Bài 3. Cho hµm sè y =
3
(C) . TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi (C) vµ ph-¬ng tr×nh tiÕp tun cđa
3x 5
(C) . TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi (C) vµ c¸c trơc Ox; Oy vµ ®-êng
2x 2
th¼ng x = 2.
Bài 4. TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi c¸c ®-êng (C): y x vµ c¸c ®-êng th¼ng
(d): x + y - 2 = 0 ; y = 0.
Bài 5. TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi c¸c ®-êng (P): y = x2 - 2x + 2 ;tiÕp tun (d) cđa nã t¹i ®iĨm
M(3;5) vµ Oy.
3x 2 5x 5
Bài 6. Cho hµm sè y =
(C) .
x 1
TÝnh diƯn tÝch h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi (C); tiƯm cËn cđa nã vµ x = 2; x= 3.
ỨNG DỤNG CỦA TÍCH PHÂN VÀO THỂ TÍCH CỦA VẬT THỂ TRỊN XOAY
1/Các kiến thức căn bản :
Thể tìch của vật thể tròn xoay sinh ra khi hính phẳng giới hạn bởi đường cong (C) có phương trính
y= f(x) và các đường thẳng x= a, x=b , y= 0 quay một vòng xung quanh trục Ox là:
b
V f 2 ( x)dx
a
2/ Bài tập áp dụng :
Ví dụ 1: Tính thể tích khối cầu sinh ra do quay hình tròn có tâm O bán kính R quay xung quanh trục Ox.
Giải:
Đường tròn tâm O bán kính R có phương trình :x2 + y2 = R2 y2= R2-x2
R
R
x3
2 R3 4 3
Thể tích khối cầu là : V= R 2 x 2 dx = R 2 x = 2 R3
= R (đvtt)
3
3
3
R
R
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
8
Ví dụ 2: Tính thể tích của vật thể tròn xoay, sinh ra bởi mỗi hình phẳng giới hạn bởi các đường sau khi nó
quay xung quanh trục Ox: x = –1; x = 2; y = 0; y = x2–2x.
Giải:
2
2
Thể tích của vật thể tròn xoay cần tìm là : S ( x 2 2 x )2 dx ( x 4 4 x 3 4 x 2 )dx
1
1
x
4
18
2
(đvtt)
x 4 x 3 ) 1 =
5
3
5
Bµi 3 TÝnh thĨ tÝch vËt thĨ trßn xoay sinh ra khi h×nh ph¼ng giíi h¹n bëi c¸c ®-êng sau :
y = 0, y = x sin x , x = 0, x = .
2
= (
5
u ' 1
u x
§Ỉt :
v cos x
v ' sin x
2
V = x sin xdx
Gi¶i:
0
V = x sin xdx = ( x cos x)
0
2
2 cos xdx = .
0
0
2
Bµi 4. TÝnh thĨ tÝch cđa vËt thĨ trßn xoay sinh ra bëi phÐp quay xung quanh trơc Oy cđa h×nh giíi h¹n bëi c¸c
x2
®-êng y =
, y = 2, y = 4 vµ x = 0.
2
4
Gi¶i:
V = 2 ydy ( (y 2 )
4
2
= 12.
2
Bài tập đề nghị :
Bài 1: Tình diện tìch hính phẳng giới hạn bởi các đường:
1. Trục hồnh, y x2 1, x 0, x 1 .
2. Parabol: y 6 x x 2 , các đường thẳng x = -1, x = 3 và trục hồnh.
3. y s inx, y 0, x 0, x 2 .
4. y x2 , y 2 x 3 .
5. y x 2 3x 1, y 6 x 1 .
Bài 2: Tình thể tìch khối tròn xoay tạo nên khi hính phẳng giới hạn bởi các đường sau quay quanh trục hồnh:
1. y 4 x 2 và y 0 .
2. y s inx, y 0, x 0, x / 2 .
3. y cot x, y 0, x 0, x
.
4
Bài 3: Tình diện tìch hính phẳng giới hạn bởi các đường:
1. Trục hồnh, y x3 1, x 0, x 1 .
2. Parabol : y x 2 4 x, các đường thẳng x = -1, x = 2 và trục hồnh.
3. y cosx, y 0, x 0, x 2 .
4. y x 2 , y 2 x .
Bài 4: Cho hính phẳng giới hạn bởi đồ thị hàm số y =
cosx (0 x
2
) và hai trục toạ độ. Tình thể tìch khối
tròn xoay được tạo thành khi quay hính đó quanh trục Ox.
>> Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
9
Bài 5: Tình thể tìch khối tròn xoay tạo nên khi hính phẳng giới hạn bởi các đường sau quay quanh trục hoành:
1. y x 2 1 v à y 0 .
2. y e x , y 0, x 0, x 2
x4m
Bài 6: Cho hàm số y =
(C m ) , (m là tham số).
1 x
a) Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị (C) của hàm số khi m = 4.
b) Tình diện tìch hính phẳng giới hạn bởi (C), tiệm cận ngang và các đường x = 2, x =4.
>> Truy cập trang để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn – Anh tốt nhất!
10