background image

 

4. CAŁKI NIEOZNACZONE 

 

Def.4.1.  

Funkcja F jest funkcją pierwotną funkcji f na przedziale I, jeżeli  

/

( )

( )

x I

F x

f x

Tw.4.1. (podstawowe o funkcjach pierwotnych) 
Niech funkcja F jest funkcją pierwotną funkcji f na przedziale I.  
Wtedy 
a)  funkcja G(x) = F(x)+C, gdzie C 

 R, jest funkcją pierwotną funkcji f na przedziale I

b)  każdą funkcję pierwotną funkcji f na przedziale I można przedstawić w postaci F(x) + D, gdzie D 

 R

 
Tw.4.2. (warunek wystarczający istnienia funkcji pierwotnej) 
Jeżeli funkcja jest ciągła na przedziale, to ma funkcję pierwotną na tym przedziale. 
 
Def.4.2.  
Niech funkcja F będzie funkcją pierwotną funkcji f  na przedziale I.  
Całką nieoznaczoną funkcji f na przedziale I nazywamy zbiór funkcji 

 

R

C

C

x

F

:

)

(

 

Całkę nieoznaczoną funkcji f oznaczmy przez 

dx

x

f

)

(

nazywamy stałą całkowania. 
 
Niech funkcja f ma funkcję pierwotną na przedziale I.  
Wtedy   

a) 

/

( )

( )

x I

f x dx

f x

 

 

 

b) 

/

( )

( )

x I

f

x dx

f x

C

 

,  C 

 R

 
Całki nieoznaczone ważniejszych funkcji elementarnych 

 

      Funkcja 

Całka 

nieoznaczona 

Zakres zmienności 

R

x

 

x

 

C

x

1

1

 

 N 

 {0}, x 

 R 

\{ 1},

0

R

x

 

 {-2, -3, -4, ...}, x 

 0 

x

1

 

C

x

ln

 

 

0

x

 

x

a

 

C

a

a

x

ln

 

0 < a 

 1, x 

 R 

x

e

 

C

e

x

 

R

x

 

x

sin

 

C

x

cos

 

R

x

 

x

cos  

C

x

sin

 

R

x

 

x

2

sin

1

 

C

x

ctg

 

Z

k

gdzie

k

x

,

 

x

2

cos

1

 

C

x

tg

 

Z

k

gdzie

k

x

,

2

 

2

1

1

x

 

C

x

arctg

  lub   

C

x

arcctg

-

 

R

x

 

background image

 

2

1

1

x

 

C

x

sin

arc

  lub 

C

x

cos

arc

 

1

x

 

x

sh

 

C

x

ch

 

R

x

 

x

ch

 

C

x

sh

 

R

x

 

x

2

sh

1

 

C

x

cth

 

0

x

 

x

2

ch

1

 

C

x

th

 

R

x

 

 

Wzór 

Zakres zmienności 

C

n

f

dx

x

f

x

f

n

n

1

)

(

)

(

1

/

 

 

0

N

n

 

C

x

f

dx

x

f

x

f

)

(

ln

)

(

)

(

/

 

0

)

(

x

f

 

C

x

f

dx

x

f

x

f

)

(

2

)

(

)

(

/

 

0

)

(

x

f

 

 
Tw. 4.3. 
Jeżeli funkcje f i g mają funkcje pierwotne na przedziale I 

 R, to 

 

a) 

( )

( )

( )

( )

x I

f x

g x dx

f x dx

g x dx

 

b) 

( )

( )

x I

cf x dx

c f x dx

 

 

Tw.4.4. o całkowaniu przez części 
Jeżeli funkcje f i g mają ciągłe pochodne na przedziale I 

 R, to 

 

/

/

( )

( )

( ) ( )

( ) ( )

x I

f x g x dx

f x g x

f

x g x dx

 

 

Tw.4.5. o całkowaniu przez podstawienie 
Jeżeli 

1.  funkcja 

R

I

f

:

 jest ciągła na I

2.  funkcja 

I

J

:

 ma ciągłą pochodną na J

to 

/

( )

( )

( )

( )

f x dx

f

t

t dt

F

t

C

 

 

gdzie F jest dowolną funkcją pierwotną funkcji fC 

 R

 
 
Całkowanie funkcji wymiernych 

 

Def.4.3.  

Funkcję wymierną 

)

(

)

(

)

(

x

M

x

L

x

W

 nazywamy właściwą, gdy stopień wielomianu w liczniku jest mniejszy 

od stopnia wielomianu w mianowniku. 
 
Każdą funkcję wymierną można przedstawić w postaci sumy wielomianu i funkcji wymiernej właściwej. 
 

background image

 

Def.4.4. 

Ułamek prosty pierwszego rodzaju - funkcja wymierna właściwa postaci 

n

a

x

A

, gdzie n 

 N oraz a

A 

 R

Ułamek prosty drugiego rodzaju - funkcja wymierna właściwa postaci 

2

n

Bx C

x

bx c

, gdzie n 

 N oraz  

bcBC 

 R oraz 

2

4

0

b

c

 

 
Tw. 4.6 (o rozkładzie funkcji wymiernej na ułamki proste) 
Niech  W  będzie  funkcją  wymierną  właściwą  oraz  niech  mianownik  tej  funkcji  ma  rozkład  na  czynniki 
postaci: 

s

r

m

s

s

m

n

r

n

q

x

p

x

q

x

p

x

a

x

a

x

2

1

1

2

1

...

...

1

1

gdzie 

N

s

r

,

N

n

i

R

a

i

 dla 

r

i

1

 oraz 

N

m

j

R

q

p

j

j

,

0

4

2

j

j

j

q

p

 dla 

s

j

1

.  

Wtedy 

1

2

1

2

1

1

1

2

1

2

1

2

2

2

1

1

1

2

2

2

1

1

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

n

n

n

n

m

m

m

m

m

A

BA

A

A

B

B

W x

x

a

x

a

x

a

x

a

x

a

x

a

P x

Q

P x

Q

P x

Q

x

p x

q

x

p x

q

x

p x

q

R x

S

R x

S

R x

S

x

p x

q

x

p x

q

 

 

 

2

2

2

2

2

(

)

m

x

p x

q

 

 

gdzie A

1

, …, B

1

, …, P

1

Q

1

, …, R

1

S

1

, … są odpowiednio dobranymi liczbami rzeczywistymi. 

 
Każda funkcja wymierna właściwa jest sumą ułamków prostych pierwszego i drugiego rodzaju. 
 
 
Całkowanie ułamków prostych 

1.  Ułamki proste pierwszego rodzaju 

C

a

x

A

a

x

Adx

ln

 



C

a

x

n

A

a

x

Adx

n

n

1

1

,  n > 1 

 

2.  Ułamki proste drugiego rodzaju 

2

2

2

2

1

2

2

n

n

n

Bx C

B

x

p

Bp

dx

dx

C

dx

x

px

q

x

px

q

x

px

q

 

Pierwszą z całek obliczamy za pomocą podstawienia 

2

t

x

px q

, drugą sprowadzając trójmian 

kwadratowy 

2

x

px q

 do postaci kanonicznej.  

 
Algorytm całkowania funkcji wymiernych 

1.  Funkcję wymierną zapisujemy w postaci sumy wielomianu (być może zerowego) i funkcji wymiernej właściwej. 
2.  Mianownik funkcji wymiernej właściwej rozkładamy na czynniki liniowe i kwadratowe nierozkładalne. 
3.  Zapisujemy rozkład (teoretyczny) funkcji wymiernej właściwej na ułamki proste pierwszego i drugiego rodzaju. 
4.  Znajdujemy nieznane współczynniki tego rozkładu. 
5.  Obliczamy całki poszczególnych składników rozkładu funkcji wymiernej, tj. wielomianu i ułamków prostych. 

 

 

background image

 

Wzór rekurencyjny dla całek 

2

2

n

dx

x

a

  

 

Niech 

n

n

a

x

dx

I

2

2

a > 0, n 

 N. Wtedy 

n

n

n

I

na

n

a

x

na

x

I

C

a

x

a

I

2

2

2

2

1

1

2

1

2

2

ctg

ar

1

 
 

Najczęściej spotykane całki postaci 

2

2

n

dx

x

a

 

 

C

a

x

a

a

x

dx

tg

arc

1

2

2

 

C

a

x

a

a

x

a

x

a

x

dx

tg

arc

2

1

2

3

2

2

2

2

2

2

 

C

a

x

a

a

x

a

x

a

x

a

x

a

x

dx

tg

arc

8

3

8

3

4

5

2

2

4

2

2

2

2

3

2

2

 

C

a

x

a

a

x

a

x

a

x

a

x

a

x

a

x

a

x

dx

tg

arc

16

5

16

5

24

5

6

7

2

2

6

2

2

2

4

3

2

2

2

4

2

2