本文最后更新于 2025年10月27日 下午
从∫sin2xcos5xdx看三角函数的积分
核心: 降次
sin2xcos5x=sin2x⋅(1−sin2x)2⋅cosx
令u=sinx,则du=cosxdx,即cosxdx=du。代入后积分转化为:
∫sin2x(1−sin2x)2cosxdx=∫u2(1−u2)2du
先展开(1−u2)2=1−2u2+u4,再与u2相乘:
u2(1−2u2+u4)=u2−2u4+u6
对多项式逐项积分:
∫(u2−2u4+u6)du=∫u2du−2∫u4du+∫u6du
根据积分公式∫undu=n+1un+1+C,得:
=3u3−2⋅5u5+7u7+C
将u=sinx代入,得到最终结果:
3sin3x−52sin5x+7sin7x+C
积分方法总结
1. 第一类换元法(凑微分法)
核心思想:将复合函数的微分形式转化为新变量的积分
关键公式:
∫f(g(x))g′(x)dx=∫f(u)du(u=g(x))
- eg1:∫2xcos(x2)dx
- 设u=x2,则du=2xdx
- 原式=∫cosudu=sinu+C=sin(x2)+C
2. 第二类换元法(三角代换)
适用场景:处理含根号的积分
常用代换:
| 根号形式 |
代换方式 |
关键恒等式 |
| a2−x2 |
x=asinθ |
1−sin2θ=cos2θ |
| a2+x2 |
x=atanθ |
1+tan2θ=sec2θ |
| x2−a2 |
x=asecθ |
sec2θ−1=tan2θ |
3. 三角函数积分技巧
核心方法:
- 奇偶次幂拆分:对奇数次幂的三角函数拆出一次幂作为微分项
- 倍角公式:利用sin2x=21−cos2x等降次
- 万能代换:对混合三角函数使用t=tan2x
注意事项
- 换元一致性:换元后需同步修改微分项(如du=g′(x)dx)
- 积分域限制:三角代换时需注意变量范围(如x=asinθ时θ∈[−π/2,π/2])
- 回代完整性:最终结果需用原变量表示并保留积分常数C
练习题(附答案)
- ∫xex2dx
设u=x2,得21ex2+C
- ∫xx2−9dx
设x=3secθ,得x2−9−3arccosx3+C
- ∫(x2+1)21dx
解:用三角代换x=tanθ,得2(x2+1)x+21arctanx+C