Chương 3: NGUYÊN HÀM. TÍCH PHÂN VÀ ỨNG DỤNG - Hỏi đáp

Câu 1:Gọi biểu thức là $A$. Đặt \(\sqrt{e^x-1}=t\)

\(\Rightarrow e^x=t^2+1\Rightarrow d(e^x)=d(t^2+1)=2tdt=e^xdx=(t^2+1)dx\)

\(\Rightarrow \int \frac{2t^2}{t^2+1}dt=\int \left (2-\frac{2}{t^2+1} \right)dt\)

Đặt \(t=\tan m\Rightarrow dt=\frac{dm}{\cos^2 m}\Rightarrow \int \frac{2dt}{t^2+1}=\int 2dm=2m\)

\(\Rightarrow A=2t-2m+c=2\sqrt{e^x-1}-2\tan ^{-1} (\sqrt{e^x-1})+c\)

Câu 2: Đặt \(x=\tan t\Rightarrow dx=\frac{dt}{\cos^2 t}, x^2+1=\frac{1}{\cos^2 t}\) với \(\frac{-\pi}{2} < t< \frac{\pi}{2}\)

Gọi biểu thức là $B$. Ta có

\(B=\int \frac{\cos t dt}{\sin ^4t}=\int \frac{d(\sin t)}{\sin^4 t}=\frac{-\sin ^{-3} t}{3}+c\) \(=-\frac{\sqrt{(x^2+1)^3}}{3x^3}+c\)

4 câu 1,3,4,5 giống nhau, mình làm 1 câu và bạn dựa vào đó tự xử lý mấy câu còn lại nhé

1/ \(I=\int sin2x.e^{3x}dx\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}u=sin2x\\dv=e^{3x}dx\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}du=2cos2x.dx\\v=\dfrac{1}{3}e^{3x}\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{3}sin2x.e^{3x}-\dfrac{2}{3}\int cos2x.e^{3x}dx=\dfrac{1}{3}sin2x.e^{3x}-\dfrac{2}{3}I_1\)

Xét \(I_1=\int cos2x.e^{3x}dx\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}u=cos2x\\dv=e^{3x}dx\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}du=-2sin2xdx\\v=\dfrac{1}{3}e^{3x}\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow I_1=\dfrac{1}{3}cos2x.e^{3x}+\dfrac{2}{3}\int sin2x.e^{3x}dx=\dfrac{1}{3}cos2x.e^{3x}+\dfrac{2}{3}I\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{3}sin2x.e^{3x}-\dfrac{2}{3}\left(\dfrac{1}{3}cos2x.e^{3x}+\dfrac{2}{3}I\right)\)

\(\Rightarrow\dfrac{13}{9}I=\dfrac{1}{9}e^{3x}\left(3sin2x-2cos2x\right)\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{13}e^{3x}\left(3sin2x-2cos2x\right)+C\)

3/ \(\int e^x\left(\dfrac{1+cos2x}{2}\right)dx=\dfrac{1}{2}\int e^xdx+\dfrac{1}{2}\int cos2x.e^xdx=\dfrac{e^x}{2}+\dfrac{1}{2}I_1\)

\(I_1\) có cách tính y hệt như bài 1, bạn nguyên hàm từng phần 2 lần là xong

4/ Cũng hạ bậc tương tự câu trên và xử lý

5/ \(I=\int e^{-x}\left(\dfrac{cos3x+3cosx}{4}\right)dx=\dfrac{1}{4}\int e^{-x}\left(cos3x+3cosx\right)dx\)

\(\Rightarrow I=\dfrac{1}{4}\int e^{-x}cos3x.dx+\dfrac{3}{4}\int e^{-x}cosx.dx=I_1+I_2\)

Dùng phương pháp tương tự bài 1, lần lượt tính \(I_1\) và \(I_2\) rồi cộng vào

2/\(I=\int\dfrac{x^4}{\left(x^2-1\right)^2}dx=\int\left(1+\dfrac{2x^2-1}{\left(x^2-1\right)^2}\right)dx=\int\left(1+\dfrac{2}{x^2-1}+\dfrac{1}{\left(x^2-1\right)^2}\right)dx\)

\(=\int\left(1+\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{x+1}+\dfrac{1}{4}\left(\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{x+1}\right)^2\right)dx\)

\(=\int\left(1+\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{x+1}+\dfrac{1}{4}\left(\dfrac{1}{\left(x-1\right)^2}+\dfrac{1}{\left(x+1\right)^2}+\dfrac{1}{x+1}-\dfrac{1}{x-1}\right)\right)dx\)

\(=\int\left(1+\dfrac{3}{4}\left(\dfrac{1}{x-1}-\dfrac{1}{x+1}\right)+\dfrac{1}{4}\dfrac{1}{\left(x+1\right)^2}+\dfrac{1}{4}\dfrac{1}{\left(x-1\right)^2}\right)dx\)

\(=x+\dfrac{3}{4}ln\left|\dfrac{x-1}{x+1}\right|-\dfrac{1}{4\left(x+1\right)}-\dfrac{1}{4\left(x-1\right)}+C\)

\(=x+\dfrac{3}{4}ln\left|\dfrac{x-1}{x+1}\right|-\dfrac{x}{2\left(x^2-1\right)}+C\)

\(\int\left(\sqrt[4]{x^3}+\sqrt[3]{x}+3\sqrt{x}\right)dx\)

\(=\int\left(x^{\frac{3}{4}}+x^{\frac{1}{3}}+3x^{\frac{1}{2}}\right)dx\)

\(=\int x^{\frac{3}{4}}.dx+\int x^{\frac{1}{3}}.dx+3\int x^{\frac{1}{2}}.dx\)

\(=\frac{4}{7}x^{\frac{7}{4}}+\frac{3}{4}x^{\frac{4}{3}}+2.x^{\frac{3}{2}}+C\)

a) Để ý đến công thức đổi cơ số logarit \(\log_2\left(1-3x\right)=\frac{1}{\ln2}\ln\left(1-3x\right)\)

Ta viết nguyên hàm đã cho dưới dạng \(I_1=\frac{1}{\ln2}\int\ln\left(1-3x\right)dx\)

Đặt \(u=\ln\left(1-3x\right)\) , \(dv=dx\)

Khi đó \(du=\frac{-3}{1-3x}dx\), \(v=x\)

Do đó :

\(I_1=\frac{1}{\ln2}\left[x\ln\left(1-3x\right)+3\int\frac{x}{1-3x}dx\right]\)

    \(=\frac{1}{\ln2}\left[x\ln\left(1-3x\right)+3\int\frac{1}{3}\left(-1+\frac{1}{1-3x}\right)dx\right]\)

    \(=\frac{1}{\ln2}\left[x\ln\left(1-3x\right)-\int dx+\frac{dx}{1-3x}\right]\)

    \(=\frac{1}{\ln2}\left[\left(x-\frac{1}{3}\right)\ln\left(1-3x\right)-x\right]+C\)

b) Đặt \(u=\left(\ln x\right)^2\)  , \(dv=\left(2x-3\right)dx\)

Khi đó \(du=2\ln x\frac{dx}{x}\) , \(v=x^2-3x\)

Do đó 

\(I_2=\left(x^2-3x\right)\left(\ln x\right)^2-2\int\left(x-3\right)\ln xdx\)

\(\int\left(x-3\right)\ln xdx=I_2\)

Ta tính \(I_2\) Ta tìm nguyên hàm bằng cách lấy nguyên hàm từng phàn một làn nữa và thu được.

\(I_2=\left(\frac{1}{2}x^2-3x\right)\ln x-\int\left(\frac{1}{2}x-3\right)dx=\frac{1}{2}\left(x^2-6x\right)\ln x-\frac{1}{4}x^2+3x\)

Từ đó  suy ra \(I_2=\left(x^2-3x\right)\left(\ln x\right)^2-\left(x^2-6x\right)\ln x+\frac{1}{2}x^2-6x+C\)

d) Đặt \(u=x^2-2x+3,a^xdx=dv\). Khi đó \(du=\left(2x-2\right)dx,v=\int a^xdx=\frac{a^x}{\ln a}\)

Do vậy \(I_4=\frac{\left(x^2-2x+3\right)a^x}{\ln a}-\frac{1}{\ln a}\int\left(2x-2\right)a^xdx\)

\(\int\left(2x-2\right)a^xdx=I_4\)*

Ta tính \(I_4\)* bằng cách lấy nguyên hàm từng phần một lần nữa. Ta có :

\(I_4\)*\(=\int\left(2x-2\right)a^xdx=\frac{\left(2x-2\right)a^x}{\ln a}-\frac{1}{\ln a}\int2a^xdx\)

                                  \(=\frac{\left(2x-2\right)a^x}{\ln a}-\frac{2a^x}{\left(\ln a\right)^2}\)

Từ đó suy ra \(I_4=\left[\frac{x^2-2x+3}{\ln a}-\frac{2x-2}{\left(\ln a\right)^2}+\frac{2}{\left(\ln a\right)^3}\right]a^x+C\)

\(I=\int\limits^5_3\left(\frac{2}{2x-1}-\frac{10}{\left(2x-1\right)^2}\right)dx=\left(2ln\left(2x-1\right)+\frac{5}{2x-1}\right)|^5_3=2ln\frac{9}{5}-\frac{4}{9}\)

\(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}a=2\\b=5\\c=-4\end{matrix}\right.\)

\(2z+w=2+2i+3-2i=5\Rightarrow\) điểm biểu diễn là \(\left(5;0\right)\)

\(I=\int\limits^1_0\frac{xdx}{\sqrt{3x+1}+\sqrt{2x+1}}=\int\limits^1_0\frac{x\left(\sqrt{3x+1}-\sqrt{2x+1}\right)}{x}dx\)

\(=\int\limits^1_0\left(\left(3x+1\right)^{\frac{1}{2}}-\left(2x+1\right)^{\frac{1}{2}}\right)dx=\left[\frac{2}{9}\left(3x+1\right)^{\frac{3}{2}}-\frac{1}{3}\left(2x+1\right)^{\frac{3}{2}}\right]|^1_0\)

\(=\frac{2}{9}\sqrt{4^3}-\frac{1}{3}\sqrt{3^3}-\frac{2}{9}+\frac{1}{3}=\frac{17-9\sqrt{3}}{9}\)

\(\Rightarrow a+b=17-9=8\)

\(\int\frac{xdx}{x^2+3x+2}=\frac{1}{2}\int\frac{\left(2x+3-3\right)dx}{x^2+3x+2}=\frac{1}{2}\int\frac{2x+3}{x^2+3x+2}dx-\frac{3}{2}\int\frac{dx}{x^2+3x+2}\)

\(=\frac{1}{2}\int\frac{d\left(x^2+3x+2\right)}{x^2+3x+2}-\frac{3}{2}\int\left(\frac{1}{x+1}-\frac{1}{x+2}\right)dx\)

\(=\frac{1}{2}ln\left|x^2+3x+2\right|-\frac{3}{2}ln\left|\frac{x+1}{x+2}\right|+C\)

\(\int\limits^2_1\left[3f\left(x\right)-2x\right]dx=3\int\limits^2_1f\left(x\right)dx-\int\limits^2_12xdx=3.\left(-3\right)-x^2|^2_1\)

\(=-9-3=-12\)

\(x.f'\left(x\right)-f\left(x\right)=x^2\)

\(\Leftrightarrow\frac{1}{x}f'\left(x\right)-\frac{1}{x^2}f\left(x\right)=1\)

\(\Leftrightarrow\left(\frac{f\left(x\right)}{x}\right)'=1\Rightarrow\frac{f\left(x\right)}{x}=x+C\)

Thay \(x=1\Rightarrow\frac{f\left(1\right)}{1}=1+C\Rightarrow0=1+C\Rightarrow C=-1\)

\(\Rightarrow\frac{f\left(x\right)}{x}=x-1\Rightarrow f\left(x\right)=x^2-x\Rightarrow f\left(-2\right)=6\)