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 是两个关于 的函数,各自具有连续导数 ,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 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 更加简洁,而 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 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

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

时,

时,

而该式的第二项又可变换为3

将其带入上式,则得到

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