微分連鎖律應用在積分上

我們先複習最基本的不定積分公式:



從這些最基本的公式,配合三角函數的關係、 以及 這類關係,我們可以得到一些最簡單的不定積分 (或說反導函數)。 但是,這些顯然是不夠的,這一節將要展示一個最基本的積分技巧: 將微分連鎖律應用在被積分函數上,改變積分的傀儡變數。

積分的演算不像微分一樣的規律化, 我們必須能夠「逆向思考」---我們要預估一個函數 , 使得它的導函數是被積分函數 。 有些情況是容易預見的,例如求 我們很容易可以預見 把 2 除去,便知道 cos(2x) 的不定積分 (反導函數) 就是 再例如求 1/(2x - 1) 的不定積分,因為我們很容易可以預見 把 2 除去,就知道



但是,如果要求 3x2cos x3 的不定積分,就沒有這麼簡單了。 這時候,我們必須熟練地使用微分連鎖律,要預見 才能得到 3x2cos x3 的不定積分 sinx3+C

把微分連鎖律熟練而巧妙地應用到不定積分的問題上,需要很多的練習。 以下,是應用微分連鎖律到積分問題上的一個「指導原則」:

的時候,企圖找到一個函數 w(x), 使得 f(x) 可以寫成 g(w) w ' (x) 的型式。 如此一來,則


當然,我們希望 容易做,否則這樣的代換就沒意思了。

在熟悉了這個原則之後,我們就可以看得出來



其實是同樣的積分問題。因為,在經過適當的代換之後 (前者令 w(x) = ex, 後者令 w(x) = sinx), 兩者都導至同一個積分問題:


也就是,在 (1) 式中


因為


所以




習題

  1. 以下有 26 個函數,請分別對它們的自變量寫出它們的反導函數。 這些是最最基本的心算練習, 我們都不驗收。但是,同學們如果有不會做的,自己要警惕,並且找助教幫忙。[HH]


  2. 請問


  3. 請問


  4. 請問


  5. 請問


  6. 請問


  7. 請問


  8. 請問


  9. 請問


  10. 請問


  11. 請問


  12. 請問


  13. 請問


  14. 請問


  15. 請問


  16. 請問


  17. 請問


  18. 定義函數 f(x) 在 [a, b] 中的 平均值 (avegrage) 是


    那麼,請問 sin(x) 在 [0, Pi/2] 內的平均值是多少?
  19. 定義函數 f(x) 在 [a, b] 中的 平均值 (avegrage) 是


    那麼,如果 6/x2 在 [1, c] 內的平均值是 c, 請問 c 是多少?[HH]
  20. 計算 1 - x2x2 兩條函數曲線所圍成的面積。
  21. 計算 x(x - Pi) 和 sin(x) 兩條函數曲線所圍成的面積。[HH]

Created: Dec 11, 1996
Last Revised: Aug 20, 2001
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