Навчитися інтегрування не складно. Для цього необхідно лише засвоїти певний, досить невеликий набір правил і розробити у себе свого роду чуття. Вивчити правила і формули, звичайно, легко, але зрозуміти, де і коли потрібно застосувати те чи інше правило інтегрування або диференціювання, досить важко. У цьому, власне, і є вміння інтегрувати.

1. Первісна. Невизначений інтеграл.

Передбачається, що до моменту читання цієї статті читач вже має якісь навички диференціювання (тобто знаходження похідних).

Визначення 1.1:Функція називається первісної функції, якщо виконується рівність:

Коментарі:> Наголос у слові “первоподібна” можна ставити двома способами: перш пробразна або першообр азнаючи.

Властивість 1:Якщо функція є первісною функцією, то функція також є першорідною функцією.

Доведення:Доведемо це з визначення первісної. Знайдемо похідну функції:

Перший доданок по визначення 1.1одно , а другий доданок є похідною константи, яка дорівнює 0.

.

Підведемо підсумок. Запишемо початок і кінець ланцюжка рівностей:

Отже, похідна функції дорівнює , отже, за визначенням, є її первообразной. Властивість доведено.

Визначення 1.2:Невизначеним інтегралом функції називається вся множина первісних цієї функції. Це означає так:

.

Розглянемо назви кожної частини запису докладно:

- загальне позначення інтеграла,

- Підінтегральний (підінтегральний) вираз, інтегрована функція.

— диференціал, і вираз після літери , у разі це , називатимемо змінної інтегрування.

Коментарі:Ключові слова у цьому визначенні - "все безліч". Тобто. якщо у майбутньому у відповіді нічого очікувати записано це «плюс З», то перевіряючий має повне право не зарахувати це завдання, т.к. необхідно знайти все безліч первісних, а якщо С відсутня, то знайдено лише одну.

Висновок:Для того, щоб перевірити, чи правильно обчислений інтеграл, необхідно знайти від результату похідну. Вона має збігтися з підінтегральним виразом.
Приклад:
Завдання:Обчислити невизначений інтеграл та виконати перевірку.

Рішення:

Те, як обчислений цей інтеграл, у разі немає ніякого значення. Припустимо, що це одкровення згори. Наше завдання показати, що одкровення нас не обдурило, а зробити це можна за допомогою перевірки.

Перевірка:

При диференціювання результату отримали подынтегральное вираз, отже, інтеграл обчислений правильно.

2. Початок. Таблиця інтегралів.

Для інтегрування не потрібно щоразу згадувати функцію, похідна якої дорівнює даної підінтегральної функції (тобто використовувати безпосередньо визначення інтегралу). У кожному збірнику завдань чи підручнику з математичного аналізу наведено список властивостей інтегралів та таблицю найпростіших інтегралів.

Перелічимо властивості.

Властивості:
1.
Інтеграл від диференціала дорівнює змінній інтеграції.
2. де - Константа.
Множник-константу можна виносити за знак інтегралу.

3.
Інтеграл суми дорівнює сумі інтегралів (якщо кількість доданків звичайно).
Таблиця інтегралів:

1.	10.
2.	11.
3.	12.
4.	13.
5.	14.
6.	15.
7.	16.
8.	17.
9.	18.

Найчастіше завдання полягає в тому, щоб за допомогою властивостей та формул звести досліджуваний інтеграл до табличного.

Приклад:

[ Скористаємося третьою властивістю інтегралів і запишемо у вигляді суми трьох інтегралів.]

[ Скористаємося другою властивістю і винесемо константи за знак інтегрування.]

[ У першому інтегралі скористаємося табличним інтегралом №1 (n=2), у другому – тієї ж формулою, але n=1, а третього інтеграла можна або скористатися тим самим табличним інтегралом, але з n=0, чи першим властивістю. ]
.
Перевіримо диференціюванням:

Отримано вихідне підінтегральне вираз, отже, інтегрування виконано без помилок (і навіть не забуто додаток довільної константи С).

Табличні інтеграли потрібно вивчити напам'ять з однієї простої причини – щоб знати, чого прагнути, тобто. знати мету перетворення даного висловлювання.

Наведемо ще кілька прикладів:
1)
2)
3)

Завдання для самостійного вирішення:

Завдання 1.Обчислити невизначений інтеграл:

+ Показати/сховати підказку №1.

1) Скористатися третьою властивістю та подати цей інтеграл як суму трьох інтегралів.

+ Показати/сховати підказку №2.

+ Показати/сховати підказку №3.

3) Для перших двох доданків скористатися першим табличним інтегралом, а третього – другим табличним.

+ Показати/сховати Рішення та Відповідь.

4) Рішення:

Відповідь:

У більш ранньому матеріалі було розглянуто питання знаходження похідної та були показані її різні застосування: обчислення кутового коефіцієнта щодо графіка, вирішення завдань на оптимізацію, дослідження функцій на монотонність та екстремуми. $\newcommand(\tg)(\mathop(\mathrm(tg))\nolimits)$ $\newcommand(\ctg)(\mathop(\mathrm(ctg))\nolimits)$ $\newcommand(\arctg)( \mathop(\mathrm(arctg))\nolimits)$ $\newcommand(\arcctg)(\mathop(\mathrm(arcctg))\nolimits)$

Малюнок 1.

Також було розглянуто завдання знаходження миттєвої швидкості $v(t)$ за допомогою похідної по заздалегідь відомому пройденому шляху, що виражається функцією $s(t)$.

Малюнок 2.

Дуже часто зустрічається і зворотне завдання, коли потрібно знайти шлях $s(t)$, пройдений точкою за час $t$, знаючи швидкість руху точки $v(t)$. Якщо згадати, миттєва швидкість $v(t)$ перебуває, як похідна від функції шляху $s(t)$: $v(t)=s’(t)$. Значить, щоб вирішити обернену задачу, тобто обчислити шлях, потрібно знайти функцію, похідна якої дорівнюватиме функції швидкості. Але ми знаємо, що похідна шляху і є швидкість, тобто: $ s '(t) = v (t) $. Швидкість дорівнює добутку прискорення тимчасово: $v=at$. Неважко визначити, що потрібна функція шляху матиме вигляд: $s(t) = \frac(at^2)(2)$. Але це зовсім повне рішення. Повне рішення матиме вигляд: $ s (t) = \ frac (at ^ 2) (2) + C $, де $ C $ - деяка константа. Чому саме так буде розказано далі. А поки перевіримо правильність знайденого рішення: $ s "(t) = \ left (\ frac (at ^ 2) (2) + C \ right)" = 2 \ frac (at) (2) + 0 = at = v ( t) $.

Варто зауважити, що знаходження шляху за швидкістю є фізичним змістом первісної.

Отримана функція $s(t)$ називається первинної функції $v(t)$. Досить цікава і незвичайна назва, чи не так. У ньому криється великий сенс, який пояснює суть даного поняття та веде до його розуміння. Можна зауважити, що в ньому укладено два слова «перший» та «образ». Вони самі за себе говорять. Тобто це та функція, яка є вихідною для похідної. А ми по цій похідній шукаємо ту функцію, яка була на початку, була «першою», «перше», тобто первісною. Її іноді також називають примітивною функцією чи антипохідною.

Як нам відомо, процес перебування похідної називається диференціюванням. А процес знаходження первинної називається інтегруванням. Операція інтегрування є зворотною для операції диференціювання. Правильне і зворотне твердження.

Визначення.Первоподібною для функції $f(x)$ на певному інтервалі називається така функція $F(x)$, похідна якої дорівнює цій функції $f(x)$ для всіх $x$ із зазначеного інтервалу: $F'(x)=f (x) $.

У когось може виникнути питання: звідки у визначенні взялися $F(x)$ і $f(x)$, якщо спочатку йшлося про $s(t)$ і $v(t)$. Річ у тім, що $s(t)$ і $v(t)$ – окремі випадки позначення функцій, мають у разі конкретний зміст, тобто це функція часу і швидкість швидкості відповідно. Те саме і зі змінною $t$ - вона позначає час. А $f$ і $x$ – традиційний варіант загального позначення функції та змінної відповідно. Варто звернути особливу увагу на позначення первісної $F(x)$. По-перше, $F$ - велика. Первинні позначаються великими літерами. По-друге, літери збігаються: $F$ та $f$. Тобто, для функції $g(x)$ первісна буде позначатись $G(x)$, для $z(x)$ – $Z(x)$. Незалежно від позначень правила знаходження первинної функції завжди однакові.

Розглянемо кілька прикладів.

приклад 1.Довести, що функція $F(x)=\frac(1)(5)\sin5x$ є першорядною функцією $f(x)=\cos5x$.

Для доказу скористаємося визначенням, а точніше тим, що $F'(x)=f(x)$, і знайдемо похідну функції $F(x)$: $F'(x)=(\frac(1)(5 ) \sin5x)'=\frac(1)(5)\cdot 5\cos5x= \cos5x$. Отже $F(x)=\frac(1)(5) \sin5x$ є первісною $f(x)=\cos5x$. Що й потрібно було довести.

приклад 2.Знайти, яким функціям відповідають такі первісні: $F(z)=\tg z$; б) $G(l) = \sin l$.

Щоб знайти потрібні функції, обчислимо їх похідні:
а) $F'(z)=(\tg z)'=\frac(1)(\cos^2 z)$;
б) $G(l) = (\sin l)' = \cos l$.

приклад 3.Якою буде первісна для $ f (x) = 0 $?
Скористаємося визначенням. Подумаємо, яка функція може мати похідну, що дорівнює $0$. Згадуючи таблицю похідних, отримуємо, що будь-яка постійна матиме таку похідну. Отримуємо, що шукана нами первісна: $ F (x) = C $.

Отримане рішення можна пояснити геометрично та фізично. Геометрично воно означає, що до графіка $y=F(x)$ горизонтальна у кожному точці цього графіка і, отже, збігається з віссю $Ox$. Фізично пояснюється тим, що точка, що має швидкість, що дорівнює нулю, залишається на місці, тобто пройдений нею шлях незмінний. Тому можна сформулювати наступну теорему.

Теорема. (Ознака сталості функцій). Якщо деякому проміжку $F’(x) = 0$, то функція $F(x)$ у цьому проміжку постійна.

приклад 4.Визначити, першорядними яких функцій є функції а) $ F_1 = \ frac (x ^ 7) (7) $; б) $ F_2 = \ frac (x ^ 7) (7) - 3 $; в) $ F_3 = \ frac (x ^ 7) (7) + 9 $; г) $F_4 = \frac(x^7)(7) + a$, де $a$ - деяке число.
Використовуючи визначення первісної, робимо висновок, що для вирішення цього завдання нам потрібно обчислити похідні даних першорядних функцій. При обчисленні пам'ятаємо, що похідна постійної, тобто будь-якого числа, дорівнює нулю.
а) $F_1 =(\frac(x^7)(7))"= 7 \cdot \frac(x^6)(7) = x^6$;
б) $ F_2 = \ left (\ frac (x ^ 7) (7) - 3 right) "= 7 \ cdot \ frac (x ^ 6) (7) = x ^ 6 $;
в) $F_3 =(\frac(x^7)(7) + 9)'= x^6$;
г) $F_4 =(\frac(x^7)(7) + a)' = x^6$.

Що ми бачимо? Декілька різних функцій є первісними однієї й тієї функції. Це говорить про те, що у будь-якої функції існує безліч первісних, і вони мають вигляд $F(x) + C$, де $C$ – довільна константа. Тобто операція інтегрування є багатозначною на відміну операції диференціювання. Сформулюємо виходячи з цього теорему, описує основне властивість первообразных.

Теорема. (Основна властивість первісних). Нехай функції $F_1$ і $F_2$ є первинними функціями $f(x)$ на деякому проміжку. Тоді для всіх значень цього проміжку справедлива наступна рівність: $F_2=F_1+C$, де $C$ – деяка константа.

Факт наявності нескінченної множини первісних можна інтерпретувати геометрично. За допомогою паралельного перенесення вздовж осі $Oy$ можна отримати один з одного графіки двох будь-яких первісних $f(x)$. У цьому полягає геометричний зміст первісної.

Дуже важливо звернути увагу на те, що вибором константи $C$ можна домогтися проходження графіка первісної через певну точку.

Малюнок 3.

Приклад 5.Знайти первісну для функції $f(x)=\frac(x^2)(3)+1$, графік якої проходить через точку $(3; 1)$.
Знайдемо спочатку все первісні для $f(x)$: $F(x)=\frac(x^3)(9)+x + C$.
Далі знайдемо таке число C, у якому графік $y=\frac(x^3)(9)+x + C$ проходить через точку $(3; 1)$. Для цього підставимо координати точки рівняння графіка і вирішимо його щодо $C$:
$1= \frac(3^3)(9)+3 + C$, $C=-5$.
Отримали графік $y=\frac(x^3)(9)+x-5$, який відповідає первісній $F(x)=\frac(x^3)(9)+x-5$.

Таблиця первісних

Таблицю формул для знаходження первісних можна скласти, використовуючи формули знаходження похідних.

Таблиця первісних

Функції	Первинні
$0$	$C$
$1$	$x+C$
$a\in R$	$ax+C$
$x^n, n\ne1$	$\displaystyle \frac(x^(n+1))(n+1)+C$
$\displaystyle \frac(1)(x)$	$\ln|x|+C$
$\sin x$	$-\cos x+C$
$\cos x$	$\sin x+C$
$\displaystyle \frac(1)(\sin^2 x)$	$-\ctg x+C$
$\displaystyle \frac(1)(\cos^2 x)$	$\tg x+C$
$e^x$	$e^x+C$
$a^x, a>0, a\ne1$	$\displaystyle \frac(a^x)(\ln a) +C$
$\displaystyle \frac(1)(\sqrt(1-x^2))$	$\arcsin x+C$
$\displaystyle -\frac(1)(\sqrt(1-x^2))$	$\arccos x+C$
$\displaystyle \frac(1)(1+x^2)$	$\arctg x+C$
$\displaystyle -\frac(1)(1+x^2)$	$\arcctg x+C$

Перевірити правильність складання таблиці можна в такий спосіб: кожному за безлічі первісних, що у правому стовпці знайти похідну, у результаті вийдуть відповідні функції, які у лівому стовпці.

Деякі правила знаходження первісних

Як відомо, багато функцій мають складніший вигляд, ніж зазначені у таблиці первообразных, і можуть бути будь-яке довільне поєднання сум і творів функцій з цієї таблиці. І тут постає питання, як обчислювати первісні подібні функції. Наприклад, з таблиці знаємо, як обчислити первісні $x^3$, $\sin x$ і $10$. А як, наприклад, обчислити первісну $x^3-10\sin x$? Забігаючи вперед, варто відзначити, що вона дорівнюватиме $\frac(x^4)(4)+10\cos x$.
1. Якщо $F(x)$ первісна для $f(x)$, $G(x)$ – для $g(x)$, то для $f(x)+g(x)$ первісна дорівнюватиме $ F(x)+G(x)$.
2. Якщо $F(x)$ є первісною для $f(x)$ і $a$ – константа, то для $af(x)$ первісною буде $aF(x)$.
3. Якщо для $f(x)$ первісною є $F(x)$, $a$ і $b$ – константи, то $\frac(1)(a) F(ax+b)$ первісна для $f (ax + b) $.
Використовуючи отримані правила, ми можемо розширити таблицю первісних.

Функції	Первинні
$(ax+b)^n, n\ne1, a\ne0$	$\displaystyle \frac((ax+b)^n)(a(n+1)) +C$
$\displaystyle \frac(1)(ax+b), a\ne0$	$\displaystyle \frac(1)(a)\ln|ax+b|+C$
$e^(ax+b), a\ne0$	$\displaystyle \frac(1)(a) e^(ax+b)+C$
$\sin(ax+b), a\ne0$	$\displaystyle -\frac(1)(a)\cos(ax+b)+C$
$\cos(ax+b), a\ne0$	$\displaystyle \frac(1)(a)\sin(ax+b)+C$

Приклад 5.Знайти первісні для:

а) $\displaystyle 4x^3+10x^7$;

б) $\displaystyle \frac(6)(x^5) -\frac(2)(x)$;

в) $ \ displaystyle 5 \ cos x + \ sin (3x +15) $;

г) $\displaystyle \sqrt(x)-2\sqrt(x)$.

а) $4\frac (x^(3+1))(3+1)+10\frac(x^(7+1))(7+1)+C=x^4+\frac(5)( 4) x ^ 8 + C $;

б) $-\frac(3)(2x^4) -2\ln|x|+C$;

в) $5 \sin x - \frac(1)(3)\cos(3x + 15) + C$;

г) $ frac (2) (3) x sqrt (x) - \ frac (3) (2) x sqrt (x) + C $.

Первісна

Визначення первісної функції

• функцію у = F (x)називають первісною для функції у = f (x)на заданому проміжку Х,якщо для всіх х ∈Хвиконується рівність: F′(x) = f(x)

Можна прочитати двома способами:

1. f похідна функції F
2. F первісна для функції f

Властивість первісних

• Якщо F(x)- Первісна для функції f(x)на заданому проміжку, то функція f(x) має нескінченно багато первісних, і всі ці первісні можна записати у вигляді F(x) + Сде С - довільна постійна.

Геометрична інтерпретація

• Графіки всіх первісних цієї функції f(x)виходять з графіка будь-якої однієї первісної паралельними переносами вздовж осі у.

Правила обчислення первісних

1. Первісна сума дорівнює сумі первісних. Якщо F(x)- первісна для f(x), а G(x) - первісна для g(x), то F(x) + G(x)- первісна для f(x) + g(x).
2. Постійний множник можна виносити за знак похідної. Якщо F(x)- первісна для f(x), і k- Постійна, то k·F(x)- первісна для k·f(x).
3. Якщо F(x)- первісна для f(x), і k, b- постійні, причому k ≠ 0, то 1/k · F(kx + b)- первісна для f(kx + b).

Запам'ятай!

Будь-яка функція F(x) = х 2 + С , де С - довільна постійна, і тільки така функція є первісною для функції f(x) = 2х.

• Наприклад:

  F"(x) = (х 2 + 1)" = 2x = f(x);

  f(x) = 2х,т.к. F"(x) = (х 2 - 1)" = 2x = f(x);

  f(x) = 2х,т.к. F"(x) = (х 2 -3)" = 2x = f(x);

Зв'язок між графіками функції та її первісної:

1. Якщо графік функції f(x)>0 F(x)зростає у цьому проміжку.
2. Якщо графік функції f(x)<0 на проміжку, то графік її первісної F(x)зменшується у цьому проміжку.
3. Якщо f(x)=0, то графік її первісної F(x)у цій точці змінюється з зростаючого на спадний (або навпаки).

Для позначення первісної використовують знак невизначеного інтеграла, тобто інтеграла без зазначення меж інтегрування.

Невизначений інтеграл

Визначення:

• Невизначеним інтегралом від функції f(x) називається вираз F(x) + С, тобто сукупність всіх первісних цієї функції f(x). Позначається невизначений інтеграл так: f(x) dx = F(x) + C

• f(x)- називають підінтегральною функцією;
• f(x) dx- називають підінтегральним виразом;
• x- називають змінною інтегрування;
• F(x)- Одна з первісних функцій f(x);
• З- Довільна постійна.

Властивості невизначеного інтегралу

1. Похідна невизначеного інтеграла дорівнює підінтегральної функції: (\int f(x) dx)\prime = f(x) .
2. Постійний множник підінтегрального виразу можна виносити за знак інтеграла: \int k \cdot f(x) dx = k \cdot \int f(x) dx.
3. Інтеграл від суми (різниці) функцій дорівнює сумі (різниці) інтегралів від цих функцій: \int (f(x) \pm g(x)) dx = \int f(x) dx \pm \int g(x) dx.
4. Якщо k, b- постійні, причому k ≠ 0, то \int f(kx + b) dx = \frac(1)(k) \cdot F(kx + b) + C.

Таблиця первісних та невизначених інтегралів

Функція f(x)	Первісна F(x) + C	Невизначені інтеграли \int f(x) dx = F(x) + C
0	C	\int 0 dx = C
f(x) = k	F(x) = kx + C	\int kdx = kx + C
f(x) = x^m, m\not =-1	F(x) = frac(x^(m+1))(m+1) + C	\int x(^m)dx = \frac(x^(m+1))(m+1) + C
f(x) = \frac(1)(x)	F(x) = l n \lvert x \rvert + C	\int \frac(dx)(x) = l n \lvert x \rvert + C
f(x) = e^x	F(x) = e^x + C	\int e(^x )dx = e^x + C
f(x) = a^x	F(x) = frac(a^x)(l na) + C	\int a(^x )dx = \frac(a^x)(l na) + C
f(x) = \sin x	F(x) = -\cos x + C	\int \sin x dx = -\cos x + C
f(x) = \cos x	F(x) = sin x + C	\int \cos x dx = \sin x + C
f(x) = \frac(1)(\sin(^2) x)	F(x) = -\ctg x + C	\int \frac (dx)(\sin (^2) x) = -\ctg x + C
f(x) = \frac(1)(\cos(^2) x)	F(x) = tg x + C	\int \frac(dx)(\sin (^2) x) = \tg x + C
f(x) = \sqrt(x)	F(x) =\frac(2x \sqrt(x))(3) + C
f(x) =\frac(1)( \sqrt(x))	F(x) =2sqrt(x) + C
f(x) =\frac(1)( \sqrt(1-x^2))	F(x)=\arcsin x + C	\int \frac(dx)( \sqrt(1-x^2))=\arcsin x + C
f(x) =\frac(1)( \sqrt(1+x^2))	F(x)=\arctg x + C	\int \frac(dx)( \sqrt(1+x^2))=\arctg x + C
f(x)=\frac(1)( \sqrt(a^2-x^2))	F(x)=\arcsin \frac(x)(a)+ C	\int \frac(dx)( \sqrt(a^2-x^2)) =\arcsin \frac(x)(a)+ C
f(x)=\frac(1)( \sqrt(a^2+x^2))	F(x)=\arctg \frac(x)(a)+ C	\int \frac(dx)( \sqrt(a^2+x^2)) = \frac (1)(a) \arctg \frac (x)(a)+ C
f(x) =\frac(1)( 1+x^2)	F(x)=arctg + C	\int \frac(dx)( 1+x^2)=\arctg + C
f(x)=\frac(1)( \sqrt(x^2-a^2)) (a \not= 0)	F(x)=\frac(1)(2a)l n \lvert \frac (x-a)(x+a) \rvert + C	\int \frac(dx)( \sqrt(x^2-a^2))=\frac(1)(2a)l n \lvert \frac (x-a)(x+a) \rvert + C
f(x)=\tg x	F(x)= - l n \lvert \cos x \rvert + C	\int \tg x dx = - l n \lvert \cos x \rvert + C
f(x)=\ctg x	F(x) = l n \lvert \sin x \rvert + C	\int \ctg x dx = l n \lvert \sin x \rvert + C
f(x)=\frac(1)(\sin x)	F(x)= l n \lvert \tg \frac(x)(2) \rvert + C	\int \frac(dx)(\sin x) = l n \lvert \tg \frac(x)(2) \rvert + C
f(x)=\frac(1)(\cos x)	F(x)= l n \lvert \tg (\frac(x)(2) +\frac(\pi)(4)) \rvert + C	\int \frac(dx)(\cos x) = l n \lvert \tg (\frac(x)(2) +\frac(\pi)(4)) \rvert + C

Формула Ньютона-Лейбніца

Нехай f(х)дана функція, Fїї довільна первісна.

\int_(a)^(b) f(x) dx =F(x)|_(a)^(b)= F(b) - F(a)

де F(x)- первісна для f(x)

Тобто, інтеграл функції f(x)на інтервалі дорівнює різниці первісних у точках bі a.

Площа криволінійної трапеції

Криволінійною трапецією називається фігура, обмежена графіком невід'ємної та безперервної на відрізку функції f, віссю Ox та прямими x = aі x = b.

Площа криволінійної трапеції знаходять за формулою Ньютона-Лейбніца:

S= \int_(a)^(b) f(x) dx

Цей урок – перший із серії відео, присвячених інтегруванню. У ньому ми розберемо, що таке первісна функція, а також вивчимо елементарні прийоми обчислення цих самих первісних.

Насправді тут немає нічого складного: по суті, все зводиться до поняття похідної, з яким ви вже повинні знайомі.

Відразу зазначу, що оскільки це найперший урок у нашій новій темі, сьогодні не буде жодних складних обчислень і формул, але те, що ми вивчимо сьогодні, ляже в основу набагато складніших викладок і конструкцій при обчисленні складних інтегралів і площ.

Крім того, приступаючи до вивчення інтегрування та інтегралів зокрема, ми неявно припускаємо, що учень уже, як мінімум, знайомий до понять похідної та має хоча б елементарні навички їх обчислення. Без чіткого розуміння цього робити в інтегруванні зовсім нічого.

Однак тут криється одна з найчастіших і підступних проблем. Справа в тому, що, починаючи обчислювати свої перші первообразні, багато учнів плутають їх із похідними. В результаті на іспитах та самостійних роботах допускаються дурні та образливі помилки.

Тому зараз я не даватиму чіткого визначення первісної. А натомість пропоную вам подивитися, як вона вважається на простому конкретному прикладі.

Що таке первісна і як вона вважається

Ми знаємо таку формулу:

\[((\left(((x)^(n)) \right))^(\prime ))=n\cdot ((x)^(n-1))\]

Вважається ця похідна елементарно:

\[(f)"\left(x \right)=((\left(((x)^(3)) \right))^(\prime ))=3((x)^(2))\ ]

Подивимося уважно на отриманий вираз і виразимо $((x)^(2))$:

\[((x)^(2))=\frac(((\left(((x)^(3)) \right))^(\prime )))(3)\]

Але ми можемо записати і так, згідно з визначенням похідної:

\[((x)^(2))=((\left(\frac(((x)^(3)))(3) \right))^(\prime ))\]

А тепер увага: те, що ми тільки-но записали і є визначенням першорядної. Але щоб записати її правильно, потрібно написати таке:

Аналогічно запишемо і такий вираз:

Якщо ми узагальним це правило, то зможемо вивести таку формулу:

\[((x)^(n))\to \frac(((x)^(n+1)))(n+1)\]

Наразі ми можемо сформулювати чітке визначення.

Первоподібною функцією називається така функція, похідна якої дорівнює вихідній функції.

Питання про первинну функцію

Здавалося б, досить просте та зрозуміле визначення. Однак, почувши його, у уважного учня одразу виникне кілька запитань:

1. Допустимо, добре, ця формула вірна. Однак у цьому випадку при $n=1$ у нас виникають проблеми: у знаменнику з'являється нуль, а на нуль ділити не можна.
2. Формула обмежується лише ступенями. Як вважати первісну, наприклад, синуса, косинуса та будь-якої іншої тригонометрії, а також констант.
3. Екзистенційне питання: а чи взагалі можна знайти первісну? Якщо так, то як бути з первісної суми, різниці, твори тощо?

На останнє запитання я відповім одразу. На жаль, первісна, на відміну похідної, вважається який завжди. Немає такої універсальної формули, за якою з будь-якої вихідної конструкції ми отримаємо функцію, яка дорівнюватиме цій подібній конструкції. А щодо ступенів і констант — зараз ми про це поговоримо.

Розв'язання задач зі статечними функціями

\[((x)^(-1))\to \frac(((x)^(-1+1)))(-1+1)=\frac(1)(0)\]

Як бачимо, ця формула для $((x)^(-1))$ не працює. Постає питання: а що тоді працює? Невже ми можемо порахувати $((x)^(-1))$? Звичайно можемо. Тільки давайте спершу згадаємо таке:

\[((x)^(-1))=\frac(1)(x)\]

Тепер подумаємо: похідна якої функції дорівнює $ frac (1) (x) $. Очевидно, що будь-який учень, який хоч трохи займався цією темою, згадає, що до цього виразу дорівнює похідна натурального логарифму:

\[((\left(\ln x \right))^(\prime ))=\frac(1)(x)\]

Тому ми впевнено можемо записати наступне:

\[\frac(1)(x)=((x)^(-1))\to \ln x\]

Цю формулу потрібно знати, так само, як і похідну статечної функції.

Отже, що нам відомо на даний момент:

• Для статечної функції $((x)^(n))\to \frac(((x)^(n+1)))(n+1)$
• Для константи - $ = const \ to \ cdot x $
• Частковий випадок статечної функції - $\frac(1)(x)\to \ln x$

А якщо найпростіші функції ми почнемо множити і ділити, як тоді порахувати первісну твори чи приватного. На жаль, аналогії із похідною твору чи приватного тут не працюють. Якоїсь стандартної формули не існує. Для деяких випадків існують хитрі спеціальні формули – з ними ми познайомимося на майбутніх відеоуроках.

Однак запам'ятайте: загальної формули, аналогічної формулі для обчислення похідної частки та твору, не існує.

Розв'язання реальних завдань

Завдання №1

Давайте кожну зі статечних функцій порахуємо окремо:

\[((x)^(2))\to \frac(((x)^(3)))(3)\]

Повертаючись до нашого висловлювання, ми запишемо загальну конструкцію:

Завдання № 2

Як я вже казав, первісні твори та приватного «напролом» не вважаються. Однак тут можна вчинити так:

Ми розтрощили дріб на суму двох дробів.

Порахуємо:

Хороша новина полягає в тому, що знаючи формули обчислення первісних, ви вже здатні вважати складніші конструкції. Однак давайте підемо далі і розширимо наші знання ще трохи. Справа в тому, що багато конструкцій і виразів, які, на перший погляд, не мають жодного відношення до $((x)^(n))$, можуть бути представлені у вигляді ступеня з раціональним показником, а саме:

\[\sqrt(x)=((x)^(\frac(1)(2)))\]

\[\sqrt[n](x)=((x)^(\frac(1)(n)))\]

\[\frac(1)(((x)^(n)))=((x)^(-n))\]

Всі ці прийоми можна комбінувати. Ступінні вирази можна

• множити (ступеня складаються);
• ділити (ступеня віднімаються);
• множити на константу;
• і т.д.

Рішення виразів зі ступенем із раціональним показником

Приклад №1

Порахуємо кожен корінь окремо:

\[\sqrt(x)=((x)^(\frac(1)(2)))\to \frac(((x)^(\frac(1)(2)+1)))(\ frac(1)(2)+1)=\frac(((x)^(\frac(3)(2))))(\frac(3)(2))=\frac(2\cdot (( x)^(\frac(3)(2))))(3)\]

\[\sqrt(x)=((x)^(\frac(1)(4)))\to \frac(((x)^(\frac(1)(4))))(\frac( 1)(4)+1)=\frac(((x)^(\frac(5)(4))))(\frac(5)(4))=\frac(4\cdot ((x) ^(\frac(5)(4))))(5)\]

Всього всю нашу конструкцію можна записати так:

Приклад №2

\[\frac(1)(\sqrt(x))=((\left(\sqrt(x) \right))^(-1))=((\left(((x)^(\frac()) 1)(2))) \right))^(-1))=((x)^(-\frac(1)(2)))\]

Отже, ми отримаємо:

\[\frac(1)(((x)^(3)))=((x)^(-3))\to \frac(((x)^(-3+1)))(-3 +1)=\frac(((x)^(-2)))(-2)=-\frac(1)(2((x)^(2)))\]

Отже, збираючи все в один вираз, можна записати:

Приклад №3

Для початку зауважимо, що $sqrt(x)$ ми вже вважали:

\[\sqrt(x)\to \frac(4((x)^(\frac(5)(4))))(5)\]

\[((x)^(\frac(3)(2)))\to \frac(((x)^(\frac(3)(2)+1)))(\frac(3)(2 )+1)=\frac(2\cdot ((x)^(\frac(5)(2))))(5)\]

Перепишемо:

Сподіваюся, я нікого не здивую, якщо скажу, що те, що ми щойно вивчали, — це лише найпростіші обчислення первісних, найпростіші конструкції. Давайте зараз розглянемо трохи складніші приклади, у яких крім табличних першоподібних ще потрібно згадати шкільну програму, зокрема, формули скороченого множення.

Рішення складніших прикладів

Завдання №1

Згадаймо формулу квадрата різниці:

\[((\left(a-b \right))^(2))=((a)^(2))-ab+((b)^(2))\]

Давайте перепишемо нашу функцію:

Першорядну таку функцію нам зараз належить знайти:

\[((x)^(\frac(2)(3)))\to \frac(3\cdot ((x)^(\frac(5)(3))))(5)\]

\[((x)^(\frac(1)(3)))\to \frac(3\cdot ((x)^(\frac(4)(3))))(4)\]

Збираємо все у загальну конструкцію:

Завдання № 2

В цьому випадку нам потрібно розкрити куб різниці. Згадаймо:

\[((\left(a-b \right))^(3))=((a)^(3))-3((a)^(2))\cdot b+3a\cdot ((b)^ (2))-((b)^(3))\]

З огляду на цей факт можна записати так:

Давайте трохи перетворимо нашу функцію:

Вважаємо як завжди - по кожному доданку окремо:

\[((x)^(-3))\to \frac(((x)^(-2)))(-2)\]

\[((x)^(-2))\to \frac(((x)^(-1)))(-1)\]

\[((x)^(-1))\to \ln x\]

Запишемо отриману конструкцію:

Завдання №3

Зверху у нас коштує квадрат суми, давайте його розкриємо:

\[\frac(((\left(x+\sqrt(x) \right))^(2)))(x)=\frac(((x)^(2))+2x\cdot \sqrt(x )+((\left(\sqrt(x) \right))^(2)))(x)=\]

\[=\frac(((x)^(2)))(x)+\frac(2x\sqrt(x))(x)+\frac(x)(x)=x+2((x) ^(\frac(1)(2)))+1\]

\[((x)^(\frac(1)(2)))\to \frac(2\cdot ((x)^(\frac(3)(2))))(3)\]

Давайте напишемо підсумкове рішення:

А тепер увага! Дуже важлива річ, з якою пов'язана левова частка помилок та непорозуміння. Справа в тому, що досі вважаючи першорядні за допомогою похідних, наводячи перетворення, ми не замислювалися про те, чому дорівнює похідна константи. Адже похідна константи дорівнює «нулю». А це означає, що можна записати такі варіанти:

1. $((x)^(2))\to \frac(((x)^(3)))(3)$
2. $((x)^(2))\to \frac(((x)^(3)))(3)+1$
3. $((x)^(2))\to \frac(((x)^(3)))(3)+C$

Ось це дуже важливо розуміти: якщо похідна функції завжди одна й та сама, то першорядних в одній і тій же функції нескінченно багато. Просто до наших первісних ми можемо дописувати будь-які числа-константи та отримувати нові.

Невипадково, у поясненні до завдань, які ми щойно вирішували, було написано «Запишіть загальний вигляд первісних». Тобто. вже заздалегідь передбачається, що їх не одна, а безліч. Але, насправді, вони відрізняються лише константою $C$ наприкінці. Тому в наших завданнях ми виправимо те, чого ми не дописали.

Ще раз переписуємо наші конструкції:

У разі слід дописувати, що $C$ — константа — $C=const$.

У другій нашій функції ми отримаємо таку конструкцію:

І остання:

І ось тепер ми справді отримали те, що від нас вимагалося у вихідній умові завдання.

Розв'язання задач на знаходження первісних із заданою точкою

Зараз, коли ми знаємо про константи і про особливості запису первообразних, цілком логічно виникає наступний тип завдань, коли з безлічі всіх первісних потрібно знайти одну-єдину таку, яка проходила через задану точку. У чому полягає це завдання?

Справа в тому, що всі первісні цієї функції відрізняються лише тим, що вони зрушені по вертикалі на якесь число. А це означає, що яку б точку на координатній площині ми не взяли, обов'язково пройде одна первісна, і лише одна.

Отже, завдання, які зараз ми вирішуватимемо, сформульовані в такий спосіб: не просто знайти первісну, знаючи формулу вихідної функції, а вибрати саме таку з них, яка проходить через задану точку, координати якої будуть дані за умови завдання.

Приклад №1

Для початку просто порахуємо кожне доданок:

\[((x)^(4))\to \frac(((x)^(5)))(5)\]

\[((x)^(3))\to \frac(((x)^(4)))(4)\]

Тепер підставляємо ці висловлювання до нашої конструкції:

Ця функція повинна проходити через точку $M\left(-1;4\right)$. Що означає, що вона проходить через точку? Це означає, що якщо замість $x$ поставити скрізь $-1$, а замість $F\left(x \right)$ - $-4$, то ми повинні отримати правильну числову рівність. Давайте так і зробимо:

Ми бачимо, що у нас вийшло рівняння щодо $C$, тому давайте спробуємо його вирішити:

Давайте запишемо те саме рішення, яке ми шукали:

Приклад №2

Насамперед необхідно розкрити квадрат різниці за формулою скороченого множення:

\[((x)^(2))\to \frac(((x)^(3)))(3)\]

Вихідна конструкція запишеться так:

Тепер давайте знайдемо $C$: підставимо координати точки $M$:

\[-1=\frac(8)(3)-12+18+C\]

Висловлюємо $C$:

Залишилося відобразити підсумковий вираз:

Розв'язання тригонометричних завдань

Як фінальний акорд до того, що ми щойно розібрали, пропоную розглянути два складніші завдання, в яких міститься тригонометрія. У них точно так само потрібно знайти першорядні для всіх функцій, потім вибрати з цієї множини одну-єдину, яка проходить через точку $M$ на координатній площині.

Забігаючи наперед, хотів би зазначити, що той прийом, який ми зараз використовуватимемо для знаходження первісних від тригонометричних функцій, насправді є універсальним прийомом для самоперевірки.

Завдання №1

Згадаймо таку формулу:

\[((\left(\text(tg)x \right))^(\prime ))=\frac(1)(((\cos )^(2))x)\]

Виходячи з цього, ми можемо записати:

Давайте підставимо координати точки $M$ у наш вираз:

\[-1=\text(tg)\frac(\text( )\!\!\pi\!\!\text( ))(\text(4))+C\]

Перепишемо вираз з урахуванням цього факту:

Завдання № 2

Тут буде трохи складніше. Зараз побачите чому.

Згадаймо таку формулу:

\[((\left(\text(ctg)x \right))^(\prime ))=-\frac(1)(((\sin )^(2))x)\]

Щоб позбутися «мінусу», необхідно зробити наступне:

\[((\left(-\text(ctg)x \right))^(\prime ))=\frac(1)(((\sin )^(2))x)\]

Ось наша конструкція

Підставимо координати точки $M$:

Разом запишемо остаточну конструкцію:

Ось і все, про що я сьогодні хотів вам розповісти. Ми вивчили сам термін первісних, як рахувати їх від елементарних функцій, а також як знаходити первісну, яка проходить через конкретну точку на координатній площині.

Сподіваюся, цей урок хоч трохи допоможе вам розібратися у цій складній темі. У будь-якому випадку, саме на первообразних будуються невизначені і невизначені інтеграли, тому вважати їх необхідно. На цьому маю все. До нових зустрічей!

Інтегрування – це одна з основних операцій у матаналізі. Таблиці відомих первісних можуть бути корисні, але зараз вони після появи систем комп'ютерної алгебри втрачають свою значущість. Нижче знаходиться список найбільш первісних, що зустрічаються.

Таблиця основних інтегралів

Інший, компактний варіант

Таблиця інтегралів від тригонометричних функцій

Від раціональних функцій

Від ірраціональних функцій

Інтеграли від трансцендентних функцій

"C" – довільна константа інтегрування, яка визначається, якщо відоме значення інтеграла в будь-якій точці. Кожна функція має безліч первісних.

Більшість школярів і студентів мають проблеми з обчисленням інтегралів. На цій сторінці зібрані таблиці інтеграліввід тригонометричних, раціональних, ірраціональних та трансцендентних функцій, які допоможуть у вирішенні. Ще вам допоможе таблиця похідних.

Відео - як знаходити інтеграли

Якщо вам не зовсім зрозуміла дана тема, перегляньте відео, в якому все докладно пояснюється.