單變量微積分筆記23——部分分式


  求解被積函數是部分分式P(x)/Q(x)的積分,P(x)和Q(x)是關於x多項式。如果不能求出這類積分的原函數,結果將令人沮喪,現在我們要試圖尋找一個有效的方法求解這類問題。

選定系數法

  這個很容易:

  但是如果將其寫成: 看起來就不那么容易求解了。這就要求我們能夠去掉部分分式的偽裝,也就是展開部分分式,變成我們熟悉的被積函數。

  首先對被積函數的分母進行因式分解,利用初中的十字相乘法:

  再將其拆分為新的等式:

 

  最后再求出A和B,這需要一點技巧。現將等式兩邊都乘以x – 1, 以便消去其中一個分式的分母:

  將x = 1代入等式,這樣就可以消去B的分式,直接求得A:

 

  用同樣的方法可求得B = 3。於是:

 

  掩蓋法能夠工作必須滿足兩個條件:

  1. Q(x)能夠被因是分解;
  2. P(x)的最高次數 < Q(x)的最高次數

展開部分分式

  這里不能直接展開成:,這是無法求解的。對於分母是高次項的部分分式,其展開的形態應當型如:

 

  所以:

  這種方法不能求解A,因為沒法消除B項。但是可以使用古老的代數法求解,隨便找一個數字,代入即可,這里令x = 0,等式變為:

  最終:

無法線性展開的高次分式

  將分母的多項式因式分解后,如果每個因式的最高次項都是1次,則稱該多項式可以線性展開,如 x3 – 3x + 2 = (x – 1)2(x + 2),對於不能線性展開的多項分式如何求解呢?

 

  首先是仍然是因式分解:

 

  然后要將部分分式展開,與之前不同,分子要加入一次項:

 

  用選定系數法求出A:

 

  接下來要設法求解B和C,先將分母全部消去:

  此時我們觀察等式最高次項的次數,右側展開后會得到Ax2 + Bx2,等式左右兩邊的高次項系數應當相等:

 

  由於省略號代表的表達式中將不會出現x2,故B = 1/2,代入可求得C = 1/2

  最后求解積分:

 

  現在面對的就是積分問題了,所以並不是說部分分式展開就萬事大吉。第一部分很容易求解,答案是(ln|x - 1|)/2,第二部分可用猜測法求得原函數(ln(x2 + 1))/4,第三部分需要借助三角替換,令x = tanθ

  最終:

 

處理假分式

  如果P(x)的次數大於Q(x)的次數,多項式就是一個假分式,這類問題只要將其變為真分式就可以處理。

 

  與部分分式相反,第一步是計算多項式:

 

  用除法將其變為真分式,這個過程實際上是將小學學過的除法豎式應用於多項式:

  商是x – 1,余數是3x – 2,所以:

 

  又看到了部分分式:

 

超級復雜的積分

  被積函數作為部分分式展開:

 

  一共有12個未知數,正好和部分分式的最高次數相同。這里並不打算求解這些未知數,只是用該列表示我們可以處理復雜的有理數積分。

  然而即便展開了部分分式,仍然會面臨復雜的積分處理。這個例子將會遇到下面的積分:

 

  一共有12個未知數,正好和部分分式的最高次數相同。這里並不打算求解這些未知數,只是用該列表示我們可以處理復雜的有理數積分。

  然而即便展開了部分分式,仍然會面臨復雜的積分處理。這個例子將會遇到下面的積分:

  沒完沒了了,應該放棄計算,交給計算機處理,只要知道計算思路即可。

示例

示例1

示例2

示例3

 

tanθ=2x

示例4

 

 


   出處:微信公眾號 "我是8位的"

   本文以學習、研究和分享為主,如需轉載,請聯系本人,標明作者和出處,非商業用途! 

   掃描二維碼關注作者公眾號“我是8位的”


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM