diff --git a/subjects/math/04_积分.md b/subjects/math/04_积分.md index 4850ad7..c09b11a 100644 --- a/subjects/math/04_积分.md +++ b/subjects/math/04_积分.md @@ -524,6 +524,103 @@ $$ --- +### 要点 08 - 有理分式积分 + +#### 基本概念 + +**有理分式**:两个多项式的比 $\dfrac{P(x)}{Q(x)}$ + +**真分式**:分子次数 $<$ 分母次数 + +**假分式**:分子次数 $\geq$ 分母次数,需先化为多项式 + 真分式 + +#### 部分分式分解法 + +将真分式分解为若干简单分式之和: + +##### 1. 分母仅有线性因子 + +若分母可分解为 $(x-a_1)^{m_1}(x-a_2)^{m_2}\cdots$,则: + +$$ +\frac{P(x)}{Q(x)} = \frac{A_1}{x-a_1} + \frac{A_2}{(x-a_1)^2} + \cdots + \frac{A_{m_1}}{(x-a_1)^{m_1}} + \frac{B_1}{x-a_2} + \cdots +$$ + +##### 2. 分母含二次因子 + +若分母含不可约二次因子 $x^2+px+q$,则对应项为: + +$$ +\frac{Ax+B}{x^2+px+q}, \quad \frac{Ax+B}{(x^2+px+q)^n} +$$ + +#### 常见积分类型 + +##### 类型 1:一次因子 + +$$ +\int \frac{dx}{x-a} = \ln|x-a| + C +$$ + +$$ +\int \frac{dx}{(x-a)^n} = -\frac{1}{(n-1)(x-a)^{n-1}} + C \quad (n \neq 1) +$$ + +##### 类型 2:二次质因子 + +配方后分项积分: + +$$ +\int \frac{x}{x^2+px+q} \, dx = \frac{1}{2}\ln(x^2+px+q) - \frac{p}{2}\int \frac{dx}{x^2+px+q} +$$ + +对于 $\displaystyle\int \frac{dx}{x^2+px+q}$,配方: + +$$ +x^2+px+q = \left(x+\frac{p}{2}\right)^2 + \left(q-\frac{p^2}{4}\right) +$$ + +则: + +$$ +\int \frac{dx}{x^2+px+q} = \frac{2}{\sqrt{4q-p^2}} \arctan \frac{2x+p}{\sqrt{4q-p^2}} + C \quad (4q > p^2) +$$ + +##### 类型 3:二次因子幂次 + +$$ +\int \frac{dx}{(x^2+a^2)^n} = \frac{x}{2a^2(n-1)(x^2+a^2)^{n-1}} + \frac{2n-3}{2a^2(n-1)}\int \frac{dx}{(x^2+a^2)^{n-1}} +$$ + +特别地,当 $n=2$ 时: + +$$ +\int \frac{dx}{(x^2+a^2)^2} = \frac{x}{2a^2(x^2+a^2)} + \frac{1}{2a^3}\arctan\frac{x}{a} + C +$$ + +#### 积分步骤总结 + +1. **化简**:假分式化为多项式 + 真分式 +2. **分解**:对分母因式分解,写出部分分式形式 +3. **待定系数**:比较系数或代值法求系数 +4. **积分**:逐项积分 + +#### 示例 + +**例**:求 $\displaystyle\int \frac{x+3}{x^2-5x+6} \, dx$ + +解:分母因式分解 $x^2-5x+6 = (x-2)(x-3)$ + +设 $\displaystyle\frac{x+3}{(x-2)(x-3)} = \frac{A}{x-2} + \frac{B}{x-3}$ + +则 $x+3 = A(x-3) + B(x-2) = (A+B)x - (3A+2B)$ + +比较系数:$\begin{cases} A+B=1 \\ 3A+2B=-3 \end{cases} \Rightarrow A=-5, B=6$ + +故 $\displaystyle\int \frac{x+3}{x^2-5x+6} \, dx = \int\left(\frac{-5}{x-2} + \frac{6}{x-3}\right)dx = -5\ln|x-2| + 6\ln|x-3| + C$ + +--- + ### 知识点 - 定积分的定义 - 黎曼和与积分的关系 @@ -536,3 +633,4 @@ $$ - 第二类换元法(变量代换法:三角/双曲/根式/倒代换) - 分部积分法(LIATE 优先序) - 循环分部与移项求解 +- 有理分式积分(部分分式分解法)