分部积分法是微积分学中的一类重要的、基本的计算积分的方法。它的主要原理是利用两个相乘函数的微分公式,将所要求的积分转化为另外较为简单的函数的积分。根据组成被积函数的基本函数类型,将分部积分的顺序整理为口诀:“反对幂三指”。分别代指五类基本函数:反三角函数、对数函数、幂函数、三角函数、指数函数的积分。1
公式推导设 及
是两个关于
的函数,各自具有连续导数
及
,则按照乘积函数求微分法则,则有1
或者
对其两边进行积分,且因
的原函数是
,得
如果将 和
用微分形式写出,则亦可得出
上两式就表示出了分部积分法则。它把
的积分化为
的积分,也即分部积分的好处是,可将复杂的被积函数简化为另一较易求得的函数积分。
例如,要求 ,则依分部积分法则,令
如此
则按上述公式有
四种典型模式一般地,从要求的积分式中将 凑成
是容易的,但通常有原则可依,也就是说不当的分部变换不仅不会使被积分式得到精简,而且可能会更麻烦。分部积分法最重要之处就在于准确地选取
,因为一旦
确定,则公式中右边第二项
中的
也随之确定,但为了使式子得到精简,如何选取
则要依
的复杂程度决定,也就是说,选取的
一定要使
比之前的形式更简单或更有利于求得积分。依照经验,可以得到下面四种典型的模式。2记忆模式口诀:反(函数)对(数函数)幂(函数)三(角函数)指(数函数)。
模式一通过对 求微分后,
中的
比
更加简洁,而
与
的类型相似或复杂程度相当。
例如,对于形如 的不定积分(其中
为
次多项式),由于对多项式求微分可以降次,且三角函数或指函数的积分则较容易求得,所以可以令
,而将另一个函数看成
通过分部求得积分。2
例如 求
首先,
对该式第二项再按此模式进行分部积分,得
故原式
模式二通过对 求微分使得它的类型与
的类型相同或相近,然后将它们作为一个统一的函数来处理。例如对形如
等的积分,总是令
,则
则为一个
次的多项式,另一个函数(
等)看成
。通过分部积分,很容易求出不定积分。2
例如,求
而该式第二项为
故原积分式
模式三利用有些函数经一次或二次求微分后不变的性质,通过一次或二次分部积分后,使等式右端再次产生 ,只要它的系数不为1,就可以利用解方程的方法求出原积分
。2
例如,对于积分 和
按法则对他们进行分部积分得
这样,所求积分均由另一个积分所表示出来,将这两式相加和相减(即解方程)得到所求积分表达式
以及
这两个通用表达式就可以求出该类型的所有积分式,比如
模式四对某些形如 的不定积分,利用分部积分可降低
的次数,求得递推公式,然后再次利用递推公式,求出
。1
例如,对于积分
当 时,
当 时,
而该式的第二项又可变换为3
将其带入上式,则得到
故
最后,得到统一的递推关系式
定积分与不定积分的分部积分法一样,可得1
简写为
例如
示例例1:
例24:
回代即可得到的值。
本词条内容贡献者为:
胡建平 - 副教授 - 西北工业大学