Одним из наиболее мощных методов интегрирования является замена переменной в интеграле. Поясним суть этого метода. Пусть F'(x)=f(x), тогда
\int f(x)\,dx= \int F'(x)\,dx= \int d\bigl(F(x)\bigr)=F(x)+C.
Но в силу инвариантности формы дифференциала равенство d\bigl(F(x)\bigr)=F'(x)\,dx= f(x)\,dx остается справедливым и в случае, когда {x} — промежуточный аргумент, т.е. x=\varphi(t). Это значит, что формула \textstyle{\int f(x)\,dx=F(x)+C} верна и при x=\varphi(t). Таким образом,
\int f\bigl(\varphi(t)\bigr)\,d\bigl(\varphi(t)\bigr)= F\bigl(\varphi(t)\bigr)+C, или \int f\bigl(\varphi(t)\bigr)\varphi'(t)\,dt= F\bigl(\varphi(t)\bigr)+C.
Итак, если F(t) является первообразной для f(x) на промежутке {X}, а x=\varphi(t) — дифференцируемая на промежутке {T} функция, значения которой принадлежат {X}, то F\bigl(\varphi(t)\bigr) — первообразная для f\bigl(\varphi(t)\bigr)\varphi'(t),~t\in T, и, следовательно,
\int f\bigl(\varphi(t)\bigr)\varphi'(t)\,dt= \int f(x)\,dx\,.
Эта формула позволяет свести вычисление интеграла \textstyle{\int f\bigl(\varphi(t)\bigr)\varphi'(t)\,dt} к вычислению интеграла \textstyle{\int f(x)\,dx}. При этом мы подставляем вместо \varphi(t) переменную {x}, а вместо \varphi'(t)\,dt дифференциал этой переменной, т. е. dx. Поэтому полученная формула называется формулой замены переменной под знаком неопределенного интеграла. Она используется на практике как "слева направо", так и "справа налево". Метод замены переменной позволяет сводить многие интегралы к табличным. После вычисления интеграла \textstyle{\int f(x)\,dx} надо снова заменить {x} на \varphi(t).
Пример 1. Вычислим \int\cos2t\,dt.
Решение. Введем новую переменную {x}, положив 2t=x. Тогда 2\,dt=dx,~dt=\frac{1}{2}\,dx и, следовательно,
\int\cos2t\,dt= \int\cos{x}\,\frac{1}{2}\,dx= \frac{1}{2}\int\cos{x}\,dx= \frac{1}{2}\sin{x}+C= \frac{1}{2}\sin2t+C.
Замечание. Вычисление короче записывают так:
\int\cos2t\,dt= \frac{1}{2}\int\cos2t\,d(2t)= \frac{1}{2}\sin2t+C.
Пошаговое объяснение:
ответ: рассмотрим , для решения которых некоторую величину можно принять за одну или несколько частей. при решении таких бывает полезно делать рисунки, облегчающие решение.
1. в двух коробках лежит 120 дисков – в первой коробке в 3 раза больше дисков, чем во второй. сколько дисков лежит в каждой коробке?
решение:
представим содержимое коробок в виде частей. если диски, находящиеся во второй коробке, составляют 1 часть, то в первой коробке – 3 такие части. сделаем схематический рисунок:
на части
1) сколько частей составляют 120 дисков?
1 + 3 = 4 (части)
2) сколько дисков приходится на 1 часть?
120 : 4 = 30 (дисков)
3) сколько дисков находится в первой коробке?
30 · 3 = 90 (дисков)
ответ: 90 – в первой коробке, 30 – во второй.
2. некто заплатил за книжку на 120 рублей больше, чем за тетрадь. известно, что книга дороже тетради в 4 раза. сколько стоит книга?
решение:
представим стоимость в виде частей. если стоимость тетради составляет 1 часть, то стоимость книги составляет 4 такие же части. сделаем схематический рисунок:
решение на части
1) 4 - 1 = 3 (части) – приходится на 120 рублей.
2) 120 : 3 = 40 (рублей) – приходится на 1 часть.
3) 4 · 40 = 160 (рублей) – стоит книга.
ответ: книга стоит 160 рублей.
3. в первой коробке на 6 карандашей больше, чем во второй, а в двух вместе 30 карандашей. сколько карандашей в каждой коробке?
решение:
сделаем схематический рисунок:
на нахождение части
1) если из первой коробки вынуть 6 карандашей, в ней станет столько же карандашей, сколько и во второй:
30 - 6 = 24 (кар.)
2) найдём число карандашей в каждой из коробок:
24 : 2 = 12 (кар.)
3) теперь вернём 6 карандашей в первую коробку:
12 + 6 = 18 (кар.)
ответ: в первой коробке 18 карандашей, во второй – 12.
пошаговое объяснение:
