TÍCH PHÂN HÀM CHỨA CĂN THỨC
I. KIẾN THỨC
Cần nhớ một số công thức tìm nguyên hàm sau :
- ∫f′(x)2√f(x)dx=√f(x)+C
- ∫1√x2+bdx=ln|x+√x2+b|+C
- Mở rộng : ∫u′(x)√u2(x)+bdu=ln|u(x)+√u2(x)+b|+C
II. MỘT SỐ DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP
1. Tích phân dạng : I=β∫α1√ax2+bx+cdx(a≠0)
a. Lý thuyết :
Từ : f(x) = ax2+bx+c=a[(x+b2a)2−Δ4a2]⇒{+b2a=u√Δ2a=K↔du=dx
Khi đó ta có :
- Nếu Δ<0,a>0⇒f(x)=a(u2+k2)⇔√f(x)=√a.√u2+k2
(1)
- Nếu : Δ=0⇒f(x)=a(x+b2a)2⇔{>0√f(x)=√a|x+b2a|=√a.|u| (2)
- Nếu : Δ>0.
+/ Với a>0 : f(x)=a(x−x1)(x−x2)⇔√f(x)=√a.√(x−x1)(x−x2) (3)
+/ Với a<0 : f(x)=−a(x1−x)(x2−x)⇔√f(x)=√−a.√(x1−x)(x2−x) (4)
Căn cứ vào phân tích trên , ta có một số cách giải sau :
b. Cách giải.
*. Trường hợp : Δ<0,a>0⇒f(x)=a(u2+k2)⇔√f(x)=√a.√u2+k2
Khi đó đặt :
√ax2+bx+c=t−√a.x⇒{x+c=t2−2√axx=α→t=t0,x=β→t=t1⇔{=t2−cb+2√a;dx=2(b+2√a)tdtt−√a.x=t−√at2−cb+2√a
*. Trường hợp : Δ=0⇒f(x)=a(x+b2a)2⇔{>0√f(x)=√a|x+b2a|=√a.|u|
Khi đó : I=β∫α1√a|x+b2a|dx=1√aβ∫α1|x+b2a|dx=[1√aln(x+b2a)|βα:x+b2a>0−1√aln(x+b2a)|βα:x+b2a<0
*. Trường hợp : Δ>0,a>0
- Đặt : \displaystyle{\sqrt {{\text{a}}{{\text{x}}^{\text{2}}} + bx + c} = \sqrt
{a\left( {x - {x_1}} \right)\left( {x - {x_2}} \right)} = \left[
\begin{array}
\left( {x - {x_1}} \right)t \\
\left( {x - {x_2}} \right)t \\
\end{array} \right.}
*. Trường hợp : Δ>0,a<0
- Đặt : \displaystyle{\sqrt {{\text{a}}{{\text{x}}^{\text{2}}} + bx + c} = \sqrt
{a\left( {{x_1} - x} \right)\left( {{x_2} - x} \right)} = \left[
\begin{array}
\left( {{x_1} - x} \right)t \\
\left( {{x_2} - x} \right)t \\
\end{array} \right.}
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau : I=1∫−1dx√x2−2x+5. ( a>0 )
Giải
-Ta có : Δ′=−4<0,a=1>0
- Đặt : √x2−2x+5=t−x⇒t=x+√x2−2x+5↔t−1=x−1+√x2−2x+5.
⇔dt=(1+x−1√x2−2x+5)dx=t√x2−2x+5dx⇒dtt−1=dx√x2−2x+5
- Khi : x=-1,t=√8−1,x=1,t=3
Do đó:⇒I=1∫−1dx√x2−2x+5=3∫2(√2−1)dtt−1 Vậy I=ln|t−1||32(√2−1)=ln22(√2−1)=ln(√2+1)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau . I=2∫01√1+2x−x2dx. ( a<0 )
Giải
Ta có : f(x)=1√1+2x−x2=1√2−(x−1)2(∗)=1√(√2+1−x)(√2−1+x) .
Nếu theo phương pháp chung thì :
Đặt : √(√2+1−x)(√2−1+x)=(√2+1−x)t⇔(√2+1−x)(√2−1+x)=t2(√2+1−x)2
⇔(√2−1+x)=(√2+1−x)t2⇒x=(√2+1)t2−√2+11+t2. ...
Ta có thể sử dụng phương pháp đổi biến số dạng 1.
Đặt : x−1=√2sint⇒{x=√2costdt.x = 0→t = - π4;x=2→t=π4f(x)dx=1√2(1−sin2t)√2costdt = dt. Vì : t∈[π4;π4]↔cost > 0
Vậy : I=π4∫−π4dt=t|π4−π4=π4+π4=π2
2. Tích phân dạng
: I=β∫αmx+n√ax2+bx+cdx(a≠0)
Phương pháp:
1. Phân tích f(x)=mx+n√ax2+bx+c=A.d(√ax2+bx+c)√ax2+bx+c+B√ax2+bx+c(1)
2. Quy đồng mẫu số , sau đó đồng nhất hệ số hai tử số để suy ra hệ hai ẩn số
A,B
3. Giải hệ tìm A,B thay vào (1)
4. Tính I =2A(√ax2+bx+c)|βα+Bβ∫α1√ax2+bx+cdx (2)
Trong đó β∫α1√ax2+bx+cdx(a≠0)
đã biết cách tính ở trên
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau I=1∫−1x+2√x2−2x+5dx. (a>0)
Giải
- Ta có : f(x)=x+2√x2−2x+5=A(2x−2)√x2−2x+5+B√x2−2x+5=2Ax+B−2A√x2−2x+5(1)
- Đồng nhất hệ số hai tử số ta có hệ :
{A=1B−2A=2⇔{=12B=3⇒f(x)=12(2x−2)√x2−2x+5+31√x2−2x+5
- Vậy : I=1∫−1f(x)dx=1∫−1(x−1)dx√x2−2x+5+31∫−11√x2−2x+5dx.
Theo kết quả trên , ta có kết quả :
I=(√x2−2x+5)|1−1+3ln(√2+1)=2−2√2+3ln(√2+1)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau I=2∫02x−3√1+2x−x2dx
Giải
Ta có : 2x−3√1+2x−x2=A(2−2x)√1+2x−x2+B√1+2x−x2=−2Ax+(2A+B)√1+2x−x2
Đồng nhất hệ số hai tử số ta có : {2A=22A+B=−3⇔{=−1B=−1
Vậy : I=−22∫0(1−x)dx√1+2x−x2−2∫01√1+2x−x2dx=−2(√1+2x−x2)|20−2∫01√1+2x−x2dx(2)
Theo kết quả đã tính ở ví dụ trên ta có : I=−π2
Ví dụ 3.
Tính tích phân sau I=1∫0(x+4)dx√x2+4x+5.
Giải
Ta có : f(x)=(x+4)√x2+4x+5=(x+2)√x2+4x+5+2√x2+4x+5
Vậy : I=1∫0(x+4)dx√x2+4x+5=121∫02(x+2)dx√x2+4x+5+21∫01√(x+2)2+1dx=12ln√x2+4x+1|10+2J (1)
Tính J : Đặt t=x+2+√(x+2)2+1⇒dt=(1+(x+2)√(x+2)2+1)dx=t√(x+2)2+1dx
Hay : dtt=dx√(x+2)2+1. Khi x=0, t=2+√5; x=1, t=3+√10.
Do đó : J=3+√10∫2+√5dtt=ln|t||3+√102+√5=ln(3+√102+√5). Thay vào (1) ta tìm được I
I=√10−√5+2ln(3+√102+√5)
3. Tích phân dạng
: I=β∫α1(mx+n)√ax2+bx+cdx(a≠0)
Phương pháp:
1. Phân tích: 1(mx+n)√ax2+bx+c=1m(x+nm)√ax2+bx+c. (1)
2. Đặt : 1y=x+nm⇒{=1x+t(t=nm)→dy=−1x+tdxx=1y−t⇒ax2+bx+c=a(1y−t)2+b(1y−t)+c
3. Thay tất cả vào (1) thì I có dạng : I=±β′∫α′dy√Ly2+My+N.
Tích phân này chúng ta đã biết cách tính .
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau 3∫2dx(x−1)√−x2+2x+3
Giải
Đặt : x−1=1y⇒{=1+1y;dx=−1y2x=2→y=1;x=3→y=12
Khi đó :
−x2+2x+3=−(1+1y)2+2(1+1y)+3=−1y2+4=4y2−1y2⇔√−x2+2x+3=√4y2−1|y|
Vậy : I=−12∫1dy√4y2−1=121∫12dy√y2−14=12ln|y+√y2−14||112=12ln(2+√3)
Ví dụ 2.
Tính tích phân sau 1∫0(3x+2)dx(x+1)√x2+3x+3
Giải
- Trước hết ta phân tích :
(3x+2)(x+1)√x2+3x+3=3(x+1)(x+1)√x2+3x+3−1(x+1)√x2+3x+3
=3√x2+3x+3−1(x+1)√x2+3x+3
Đáp số : I=3ln5+2√73+2√3+ln2+√73+2√3
4. Tích phân dạng
: I=β∫αR(x;y)dx=β∫αR(x;m√αx+βγx+δ)dx
(Trong đó : R(x;y) là hàm số hữu tỷ đối với hai biến số x,y và
α,β,γ,δ là các hằng số đã biết)
Phương pháp:
1. Đặt : t=m√αx+βγx+δ
(1)
2. Tính x theo t : Bằng cách nâng lũy thừa bậc m hai vế của (1) ta có dạng x=φ(t)
3. Tính vi phân hai vế : dx=φ′(t)dt và đổi cận
4. Cuối cùng ta tính : β∫αR(x;m√αx+βγx+δ)dx=β′∫α′R(φ(t);t)φ′(t)dt
VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1.
Tính tích phân sau 2∫1x1+√x−1dx
Giải
- Đặt : √x−1=t⇒{=t2+1;dx=2tdt;x=1→t=0,x=2→t=1f(x)dx=t2−11+t2tdt=2t3−tt+1dt=(t2−t−2−2t+1)dt
- Vậy : 2∫1x1+√x−1dx=1∫0(t2−t−2−2t+1)dt=113−4ln2
Ví dụ 2.
Tính các tích phân sau :
a.2∫1xx+√x−1dx
b.√3∫0x3√1+x2dx
c.9∫1x3√1−xdx
d.√3∫0x5+2x3√x2+1dx e.4∫−12dx√x+5+4 f.2∫0x4√x5+1dx
Giải
a.2∫1xx+√x−1dx.
Đặt : t=√x−1⇒x=t2−1↔[x=2tdtx=1→t=0,x=2→t=1⇔I=1∫0t2−1t2−1+12tdt=21∫0(t−1t)dt
Vậy : I=2(12t2−ln|t|)|10=1
b.√3∫0x3√1+x2dx=√3∫0x2√1+x2xdx.
Đặt : t=√1+x2⇒x2=t2−1↔[dx=tdtx=0→t=1,x=√3→t=2⇔I=2∫1(t2−1)t2dt
Vậy : I=2∫1(t4−t2)dt=(15t5−13t3)|21=5815
c.9∫1x3√1−xdx.
Đặt : t=√1−x⇒x=1−t2↔[x=−2tdtx=1→t=0,x=9→t=−2⇔I=−2∫0(1−t2)t.(−2tdt)
Vậy : I=20∫−2(t2−t4)dt=2(13t3−15t5)|0−2=−11215
d.√3∫0x5+2x3√x2+1dx=√3∫0x2(x2+2)xdx√x2+1
Đặt : t=√x2+1⇒[=t2−1;xdx=tdtx=0→t=1,x=√3→t=2⇔I=2∫1(t2−1)(t2+1)t.2tdtt=22∫1(t4−1)tdt
Vậy : I=2(15t5−12t2)|21=595
e.4∫−12dx√x+5+4.
Đặt : t=√x+5⇒[=t2−5,dx=2tdtx=−1→t=2,x=4→t=3⇔I=3∫22.2tdtt+4=43∫2(1−4t+4dt)
Vậy : I=4(t−4ln|t+4|)|32=4+4(ln6−ln7)=4+4ln67
f.2∫0x4√x5+1dx=152∫0d(x5+1)√x5+1=25√x5+1|20=25(√33−1)
Ví dụ 3.
Tính các tích phân sau :
a.1∫0x5√1−x2dx
b.√3∫0√1+x2.x3dx c.2∫0x2√4−x2dx
d.2∫1xdx√2+x+√2−x e.0∫−1x√1+xdx f.1∫0x3√x2+3dx
Giải
a.1∫0x5√1−x2dx=1∫0x4√1−x2xdx
Đặt : t=√1−x2⇒[=1−t2;xdx=−tdtx=0→t=1,x=1→t=0⇔I=0∫1(1−t2)2t.(−tdt)=1∫0t2(t4−2t2+1)dt
Vậy : I=(17t7−25t5+13t3)|10=8105
b.√3∫0√1+x2.x3dx=√3∫0x2√1+x2xdx
Đặt : t=√1+x2⇒[=t2−1;xdx=tdtx=0→t=1,x=√3→t=2⇔I=2∫1(t2−1)t.tdt=2∫1(t4−t2)dt
Vậy : I=(15t5−13t3)|21=5815
c.2∫0x2√4−x2dx.
Đặt : x=2sint⇒[x=2costdt;√4−x2−costx = 0→t = 0.x = 2→t = π2⇔I=π2∫04sin2t.2cost.2costdt=π2∫04sin22tdt
Vậy : I=π2∫0(1−cos4t)dt=(t−14sin4t)|π20=π2
d.2∫1xdx√2+x+√2−x=122∫1(√2+x−√2−x)dx=12[2∫1(2+x)12−(2−x)12]dx
- Vậy : I=12[23(2+x)32+23(2−x)32]|21=229−√3
e.0∫−1x√1+xdx
Đặt : t=√1+x⇒[=t2−1;dx=2tdtx=−1→t=0,x=0→t=1⇔I=1∫0(t2−1)t.2tdt=21∫0(t4−t2)dt
Vậy : I=2(15t5−13t3)|10=2(15−13)=−415
f.1∫0x3√x2+3dx=1∫0x2√x2+3.xdx
Đặt : t=√x2+3⇒[=t2−3;xdx=tdtx=0→t=√3,x=1→t=2⇔I=2∫√3(t2−1)t.tdt=2∫√3(t4−t2)dt
Vậy : I=(15t5−13t3)|2√3=56−12√315
Ví dụ 4.
Tính
các tích phân sau :
a.3∫−1x−33√x+1+x+3dx b.10∫5dxx−2√x−1
c.1∫0x2+x3√(x+1)2dx
d.√3∫0x5√x2+1dx e.1∫0x3√1−x2dx
Giải
a.3∫−1x−33√x+1+x+3dx
Đặt : t=√x+1⇒x=t2−1⇔[x=2tdtx=−1→t=0;x=3→t=2
Vậy : I=2∫0t2−4t2+3t+22tdt=22∫0t(t−2)(t−2)(t+1)(t+2)dt=22∫0(t−3+3t+2)dt=2(12t2−3t+3ln|t+2|)|20
Do đó : I=6ln2−8
b.10∫5dxx−2√x−1=10∫5dxx−1−2√x−1+1=10∫5dx(√x−1−1)2
Đặt : t=√x−1⇒{=t2+1;dx=2tdt.x=5→t=2;x=10→t=3f(x)dx=dx(√x−1−1)2=2tdt(t−1)2=2(1t−1+1(t−1)2)dt
Vậy : I=10∫5f(x)dx=3∫22(1t−1+1(t−1)2)dt=2(ln|t−1|−1t−1)|32=2ln2+1
c.1∫0x2+x3√(x+1)2dx=1∫0x(x+1)dx3√(x+1)2=1∫0x3√(x+1)3dx3√(x+1)2=1∫0x3√x+1dx (1)
Đặt : t=3√x+1⇒{=t3−1,dx=3t2dt.x=0→t=1;x=1→t=3√2f(x)dx=x3√x+1dx=(t3−1)t.3t2dt=(3t6−3t3)dt
Vậy : I=1∫0f(x)dx=3√2∫1(3t6−3t3)dt=(37t7−34t4)|3√21=33√214+928
d.√3∫0x5√x2+1dx=√3∫0x4√x2+1xdx(1).
Đặt : t=√x2+1⇒x2=t2−1⇔{dx=tdt.x=0→t=1,x=√3→t=2f(x)dx=x4√x2+1xdx=(t2−1)2.tdt=(t5−2t3+t)dt
Vậy : I=√3∫0x4√x2+1xdx=2∫1(t5−2t3+t)dt=(16t6−12t4+12t2)|21=92
e.1∫0x3√1−x2dx=1∫0x2√1−x2xdx(1).
Đặt : t=√1−x2⇒{=1−t2;xdx=−tdt.x=0→t=1,x=1→t=0f(x)dx=x2√1−x2xdx=(1−t2)t(−tdt)=−(t2−t4)dt
Vậy : I=1∫0x2√1−x2xdx=0∫1−(t2−t4)dt=1∫0(t2−t4)dt=(13t3−15t5)|10=215
Ví dụ 5.
Tính
các tích phân sau
1. 1∫0x2−1√x+1dx
2. √2∫2√3dxx√x2−1
3. 73∫0x+13√3x+1dx
4. −√2∫−2x2+1x√x2+1dx (
Giải
1. 1∫0x2−1√x+1dx .
Ta có :f(x)=x2−1√x+1=(x−1)(x+1)(√x−1)x−1=(x+1)(√x−1)=x√x+√x−x−1
Vậy : I=1∫0f(x)dx=1∫0(x√x+√x−x−1)dx=(25x2√x+23x√x−12x2−x)|10=115
2. √2∫2√3dxx√x2−1=√2∫2√3xdxx2√x2−1(1)
Đặt : t=√x2−1⇒{=t2+1,xdx=tdt.x=2√3→t=1√3,x=√2→t=1f(x)dx=xdxx2√x2−1=tdt(t2+1)t=dtt2+1
Vậy :I=√2∫2√3dxx√x2−1=1∫1√3dtt2+1=acrtant|11√3=π4−π6=π12
3. 73∫0x+13√3x+1dx .
Đặt : t=3√3x+1⇒{=t3−13,dx=t2dt,x=0→t=1;x=73→t=2f(x)dx=x+13√3x+1dx=t3+23tt2dt=13(t4+2t)dt
Vậy : I=73∫0x+13√3x+1dx=2∫113(t4+2t)dt=13(15t5+t2)|21=4615
4. −√2∫−2x2+1x√x2+1dx=−√2∫−2√x2+1x2xdx (1)
Đặt : t=√x2+1⇒{=t2−1↔xdx=tdt.x=−2→t=√5,x=−√2→t=√3f(x)dx=√x2+1x2xdx=tt2−1tdt=(1+1t2−1)dt=(1+12(1t−1−1t+1))dt
Vậy : −√2∫−2f(x)dx=√3∫√5[1+12(1t−1−1t+1)]dt=(t+12ln|t−1t+1|)|√3√5=√3−√5+12ln(√3−1)(√5+1)(√3+1)(√5−1)
BÀI TẬP TỰ GIẢI
1∫05x−3√2x2+8x+1dx
4∫723x+4√−x2+6x+8dx
a∫0x2√a2−x2dx
1∫0dx(x+√1+x2)2
1∫3√24√1+x3dxx
√3∫1x2(1+x2)3dx
a∫1√x2+a2xdx
√3∫0√1+x6xdx
2∫1√x3+1x4dx
π8∫0dx√1+x+√1−x