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

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

Nếu đề đúng thử làm tiếp:

\(I=\int\limits^{\sqrt{5}}_1\frac{\left(t^2-1\right)2t.dt}{4+2t}=\int\limits^{\sqrt{5}}_1\frac{t^3-t}{t+2}dt=\int\limits^{\sqrt{5}}_1\left(t^2-2t+3-\frac{6}{t+2}\right)dt\)

\(=\left(\frac{t^3}{3}-t^2+3t-6ln\left(t+2\right)\right)|^{\sqrt{5}}_1=\frac{-22+14\sqrt{5}}{3}-6ln\left(\frac{2+\sqrt{5}}{3}\right)\)

Bạn có thể dùng casio tính tích phân đề bài cho và so sánh kết quả cuối cùng này, hoàn toàn khớp nhau

Thế nên khẳng định là đề sai, ngay từ đoạn đổi cận ra \(\sqrt{5}\) vô tỉ đã thấy vấn đề rồi vì \(a;b;c\) nguyên thì cận phải là hữu tỉ

Đặt \(\sqrt{x+1}=t\Rightarrow x=t^2-1\Rightarrow dx=2t.dt\)

\(\left\{{}\begin{matrix}x=0\Rightarrow t=1\\x=4\Rightarrow t=\sqrt{5}\end{matrix}\right.\)

Chà, cận xấu, đề là \(2\sqrt{x+1}\) hay \(\sqrt{2x+1}\) bạn? Nghi ngờ đoạn này