Šis straipsnis yra apie iracionaliųjų funkcijų integravimą.
kur
kur
- kur
- kur
- kur
- Funkcijos
- (a, b ir c - realieji skačiai) integralas yra elementarioji funkcija.
I. ; a>0;
- . Pakėlus abi dalis lygybės kvadartu, gauname taip kad
- Tinka, kai kvadrainis trinaris turi menamas šaknis.
II. ; c>0. Tada
- (Mes apsisprendėme prieš šaknį pasirinkti pliuso ženklą.) Iš čia x yra kaip racionali funkcija nuo t:
- iš čia arba x=0 arba Mums reikia išreikšti x per t, todėl x=0 netinka; sprendžiame toliau:
- Turime
III. kur yra bet kuri realioji trinario šaknis. Taikoma tik kai yra du lygties sprendiniai.
- Tegu ir - realiosios šaknys trinario Tada
- Kadangi tai
- Iš čia randame x kaip racionalią funkciją nuo t:
- Trečias Oilerio keitinys tinka kai a>0 ir kai a<0. Butina tik, kad turėtų daugianaris dvi realiasias šaknis.
- Pirmojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
Pakėlę šios lygybės abi puses kvadratu, gauname:
- Taikome I Oilerio keitinį
; ; ;
- Apskaičiuoti
- Sprendimas. Kadangi trinaris turi kompleksines šaknis, padarysime keitinį Pakėlę abi lygybės puses kvadratu, gauname
arba ; iš čia
,
- Tada
- Toliau, turime
- Padauginę abi dalis lygybės su gauname
- Prilyginę koeficientus prie vienodų laipsmių t, gauname sistemą lygčių pirmojo laipsnio atžvilgiu A, B, D:
- {4A+2B=2,
- {4A+B+D=2,
- {A=2,
- Iš čia A=2, B=-3, D=-3. Todėl,
- ir galutinai
- Antrojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
Pakelę abi puses kvadratu, gauname Imdami apiejų lygybės pusių diferencialus, randame:
- Sprendimas normaliai. Čia a=-9, b=-6, c=1. Tada
- Apskaičiuoti
- Sprendimas. Čia trinaris turi kompleksines šaknis ir a<0, c>0, pasinaudojame keitiniu Pakėlę abi lygties puses kvadratu, gauname
, , , , , .
- Tokiu budu,
- Reikia apskaičiuoti integralą
- Sprendimas. Taikome II Oilerio keitinį tada
-
- Įstate gautas išraiškas į pradinį integralą, randame:
- Trečiojo Oilerio keitinio pavyzdžiai
- Pastebėję, kad pošaknio trinario šaknys yra 2 ir 3, taikome keitinį Pakėlę šios lygybės abi puses kvadratu ir suprastinę iš gauname:
- ;
- kur todėl taikome III Oilerio keitinį. Lygties sprendiniai yra , ;
- Reikia apskaičiuoti integralą
- Sprendimas. Kadangi tai:
tada
- ,
- Grįžtant prie pradinio integralo, gauname:
Diferencialinių binomų integravimas
[keisti]
Integralas kur m, n, p - racionalieji skaičiai, vadinamas integralu su binominiu diferencialu.
Šį integralą elementariosiomis funkcijomis įmanoma išreikšti tik trimis atvejais:
- I. p - sveikasis skaičius. Jei tai pointegralinis binomas skleidžiamas pagal Niutono binomo formulę. Jei tai keičiame kur k - bendras trupmenų m ir n vardiklis. Pavyzdžiui, trupmenų ir bendras vardiklis yra 3 4 = 12.
- II. - sveikasis skaičius. Keičiame kur - trupmenos p vardiklis.
- III. - sveikasis skaičius. Keičiame kur - trupmenos p vardiklis.
Pavyzdžiai
kur - sveikasis skaičius. Turime I atvejį.
kur Turime II atvejį.
kur Turime III atvejį.
kur
kur
kur
- Matome, kad tinka trečias atvejis, nes . Čia m=0, n=2, . Keičiame kur - trupmenos p vardiklis. Taigi , čia a=3, b=1; ; ; ; .
- Iš interentinio integratoriaus:
- Kur Kad galima būtų skaičiuoti pagal šią formulę t turi būti mažiau už 1 (t<1). Nes kitaip nesiskaičiuoja ln(1-t). Bet mūsų pavyzdyje, kad ir kokias x reikšmes nestatysi į vistiek t bus daugiau už 1.
- Galima taip integruot:
- toliau integruojama kaip racionali funkcija.
- Abi lygties puses padauginame iš (t-1)(t+1). Tada
- iš čia turime sistemą:
- A+B=0,
- A-B=-1.
- Tada iš antros lygties A=B-1. Įstačius šia A reikšmę į pirmą lygtį, gauname
- B-1+B=0,
- 2B=1,
- B=1/2.
- Tada A=-B=-1/2.
- Tokiu budu gauname, kad
- Integruodami gauname:
- Kur
- 1. Jei įstatysime x=2, tai gausime,
- =0.98664696104483410110205523811797.
- Kai x=1, tai
- =0.54930614433405484569762261846126.
- Bet tokia funkcija integruojama lengviau kitaip (ne per diferencialinius binomus; integruojant keičiant kintamąjį) ir yra jinai integralų lentelėje
- 2. Tada, kai x=2, tai
- =1.5359531053788889467996778565792.
- O kai x=1, tai
- =1.0986122886681096913952452369225.
- Tada, kai x kinta nuo 1 iki 2, tai pirmu atveju integruojant gauname:
- 0.98664696104483410110205523811797 - 0.54930614433405484569762261846126 = 0.43734081671077925540443261965671.
- Antru atveju, kai x kinta nuo 1 iki 2 integruojant gautume:
- 1.5359531053788889467996778565792 - 1.0986122886681096913952452369225 = 0.4373408167107792554044326196567.
- Abiais būdais integruojant gavome tą patį atsakymą.
- Toks Free Pascal kodas:
var a:longint; c,d:real;
begin
for a:=1 to 100000000 do
d:=d+0.00000002/sqrt(sqr(a*0.00000002)+3);
for a:=1 to 100000000 do
c:=c+0.00000001/sqrt(sqr(a*0.00000001)+3);
writeln(d);
writeln(c);
writeln(d-c);
readln;
end.
- Duoda rezultatus:
- 9.8664695905111544E-001
- 5.4930614394743249E-001
- 4.3734081510368294E-001
- po 4 sekundžių su 4.16 GHz dažniu veikiančiu procesorium (per pirmus du paleidimus duoda šituos rezultatus po 18 sekundžių; bet jeigu iškart exe failą (diferencialiniaibinomai.exe) paleist [kurį sukuria visada Free Pascal programa] iš "C:\FPC\3.2.0\bin\i386-win32", tai rezultatai gaunami po 4 sekundžių ir taip yra su visais Free Pascal skaičiavimais, kad per exe failą greičiau skaičiuoja [iš pirmo karto]). Matome, kad rezultatai tokie patys kaip skaičiuojant/integruojant pirmu atveju.
- Toks Free Pascal kodas:
var a:longint; c,d:real;
begin
for a:=1 to 1000000000 do
d:=d+0.000000002/sqrt(sqr(a*0.000000002)+3);
writeln(d);
readln;
end.
- duoda rezultatą "9.8664696084608883E-001" (tai reiškia ) po 20 sekundžių su 4.16 GHz dažniu veikiančiu procesoriumi (per pirmus 2 kartus duodą rezultatą po 34 sekundžių).
- Kodas apskaičiuoja plotą, po funkciją apribotą šios funkcijos kreive, ašimi Ox, ašimi Oy ir ašiai Ox statmena tiese taške x=2.
- Beje, integruojant antru budu, kai x kinta nuo 0 iki 2, gauname:
- = 1.5359531053788889467996778565792 - 0.54930614433405484569762261846126 = 0.98664696104483410110205523811797.
- Į anksčiau pirmu budu gautą integralą, įstatę gauname:
- Tokiu budu gavome, kad
- O bendru atveju gauname tokį, tikriausiai niekam nematytą, integralą:
- Integruodami uždavinio sąlygos integralą nuo 0 iki 2, gauname:
- =0.98664696104483410110205523811797.
- Toks pat atsakymas, kaip ir integruojant anksčiau.
- Dar galima gauti kitokia šio integralo išraišką. Štai taip:
- Tada
- Integruodami iš pirmo būdo ką tik gautą integralą nuo 0 iki x, turėsime:
- Antru budu integruodami nuo 0 iki x, turime:
- Gavome tokius pačius integralus ir įstačius vietoj x ir a bet kokias reikšmes, abiais būdais gausime tokias pat išraiškas ir atsakymus.
- (II atvejis).
- Keičiame kur - trupmenos p vardiklis. Tada pakeitimas yra
-
- Šiame pavyzdyje todėl (III atvejis).
- Tada kur - trupmenos p vardiklis; Ir pasinaudojame keitiniu
- Tada gauname
- Apskaičiuosime integralą Šiuo atveju todėl (II atvejis). Pasinaudoję pakeitimais
- gauname