Tekintsük az I (I R) intervallumon értelmezett f : I R függvényt. Ebben a

Hasonló dokumentumok
f (ξ i ) (x i x i 1 )

Határozott integrál. Newton -Leibniz szabály. alkalmazások. improprius integrál

9. HATÁROZATLAN INTEGRÁL

5.1. A határozatlan integrál fogalma

5. Logaritmus. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 125 -öt kapjunk. A 3 5 -nek a 3. hatványa 5, log. x Mennyi a log kifejezés értéke?

Matematika A1a - Analízis elméleti kérdései

Improprius integrálás

A Riemann-integrál intervallumon I.

= n 2 = x 2 dx = 3c 2 ( 1 ( 4)). = π 13.1

Kalkulus II. Beugró kérdések és válaszok 2012/2013 as tanév II. félév

Laplace-transzformáció. Vajda István február 26.

FELVÉTELI VIZSGA, július 15.

7. HATÁROZATLAN INTEGRÁL. 7.1 Definíció és alapintegrálok

4. Hatványozás, gyökvonás

1. feladat Oldja meg a valós számok halmazán a következő egyenletet: 3. x log3 2

Többváltozós analízis gyakorlat

Határozzuk meg, hogy a következő függvényeknek van-e és hol zérushelye, továbbá helyi szélsőértéke és abszolút szélsőértéke (

Improprius integrálás

VI. Deriválható függvények tulajdonságai

Gyökvonás. Hatvány, gyök, logaritmus áttekintés

Heves Megyei Középiskolák Palotás József és Kertész Andor Matematikai Emlékversenye évfolyam (a feladatok megoldása)

Numerikus módszerek 2.

7. tétel: Elsı- és másodfokú egyenletek és egyenletrendszerek megoldási módszerei

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2010/2011 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Az 1. forduló feladatainak megoldása

ANALÍZIS II. DEFINÍCIÓK, TÉTELEK

TARTALOMJEGYZÉK MATEMATIKAI ANALÍZIS I. FEJEZET. A PRIMITÍV FÜGGVÉNY ÉS A HATÁROZATLAN INTEGRÁL...5 II. FEJEZET. INTEGRÁLÁSI MÓDSZEREK...

Minta feladatsor I. rész

12. Határozatlan és határozott integrál

Matematika 4 gyakorlat Földtudomány és Környezettan BSc II/2

Gazdasági matematika I. tanmenet

1. MECHANIKA-MOZGÁSTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. ts.) Matematikai összefoglaló

0.1 Deníció. Egy (X, A, µ) téren értelmezett mérhet függvényekb l álló valamely (f α ) α egyenletesen integrálhatónak mondunk, ha

MATEMATIKA 9. osztály I. HALMAZOK. Számegyenesek, intervallumok

Exponenciális és logaritmikus egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlôtlenségek

1. MECHANIKA-MOZGÁSTAN GYAKORLAT (kidolgozta: Szüle Veronika, egy. ts.) Matematikai összefoglaló

12. Határozatlan és határozott integrál

KIEGÉSZÍTÉS A VONALINTEGRÁLHOZ

A határozott integrál

Határozatlan integrál, primitív függvény

ANALÍZIS II. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

Analízis II. harmadik, javított kiadás

A határozott integrál fogalma és tulajdonságai

f függvény bijektív, ha injektív és szürjektív is (azaz minden képhalmazbeli elemnek pontosan egy ısképe van)

11. évfolyam feladatsorának megoldásai

2. NUMERIKUS INTEGRÁLÁS

2010/2011 es tanév II. féléves tematika

2014/2015-ös tanév II. féléves tematika

Egy szép és jó ábra csodákra képes. Az alábbi 1. ábrát [ 1 ] - ben találtuk; talán már máskor is hivatkoztunk rá.

9. Exponenciális és logaritmusos egyenletek, egyenlőtlenségek

Debreceni Egyetem. Kalkulus II. Gselmann Eszter

IX. A TRIGONOMETRIA ALKALMAZÁSA A GEOMETRIÁBAN

Vektorok. Vektoron irányított szakaszt értünk.

Az integrálszámítás néhány alkalmazása

Szili László. Integrálszámítás (Gyakorló feladatok) Analízis 3. Programtervező informatikus szak BSc, B és C szakirány

BSc Analízis II. előadásjegyzet 2009/2010. tavaszi félév

IV. INTEGRÁLSZÁMÍTÁS Megoldások november

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Exponenciális és Logaritmusos feladatok

M. 2. Döntsük el, hogy a következő két szám közül melyik a nagyobb:

Egy látószög - feladat

Differenciálgeometria feladatok

KALKULUS INFORMATIKUSOKNAK I.

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Vektortér fogalma vektortér lineáris tér x, y x, y x, y, z x, y x + y) y; 7.)

Lineáris egyenletrendszerek

II. EGYENLETEK ÉS EGYENLŐTLENSÉGEK

MATEMATIKA 1. előadás jegyzet Földtudomány és Környezettan alapszakos hallgatók számára. Csomós Petra

IV. Algebra. Algebrai átalakítások. Polinomok

Els gyakorlat. vagy más jelöléssel

Differenciálszámítás. Lokális szélsőérték: Az f(x) függvénynek az x 0 helyen lokális szélsőértéke

Analízis jegyzet. Sikolya Eszter ELTE TTK Alkalmazott Analízis és Számításmatematikai Tanszék augusztus 31.

Juhász István Orosz Gyula Paróczay József Szászné Dr. Simon Judit MATEMATIKA 10. Az érthetõ matematika tankönyv feladatainak megoldásai

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

823. A helyesen kitöltött keresztrejtvény: 823. ábra A prímek összege: = 9; 824. a) 2 1, 2 4, 5 3, 3 5, 2$ 825.

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

1. Végezd el a kijelölt mûveleteket a betûk helyére írt számokkal! Húzd alá azokat a mûveleteket,

HÁZI FELADATOK. 2. félév. 1. konferencia Komplex számok

GAZDASÁGI MATEMATIKA I.

1. Folytonosság. 1. (A) Igaz-e, hogy ha D(f) = R, f folytonos és periodikus, akkor f korlátos és van maximuma és minimuma?

Ellenállás mérés hídmódszerrel

Az érintőformula A Simpson formula Gauss-kvadratúrák Hiba utólagos becslése. Numerikus analízis

Házi feladatok megoldása. Automaták analízise, szintézise és minimalizálása. Házi feladatok megoldása. Házi feladatok megoldása

5. A logaritmus fogalma, a logaritmus azonosságai

l.ch TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK HATÁRÉRTÉKE ÉS DIFFERENCIÁLHATÓSÁGA

Molnár Bence. 1.Tétel: Intervallumon értelmezett folytonos függvény értékkészlete intervallum. 0,ami ellentmondás uis. f (x n ) f (y n ) ε > 0

OPTIMALIZÁLÁS LAGRANGE-FÉLE MULTIPLIKÁTOR SEGÍTSÉGÉVEL

Függvények vizsgálata

Végeredmények, emelt szintû feladatok részletes megoldása

Fekete Mária. Matematika II. Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Matematika Tanszék

1. Primitív függvények (határozatlan integrálok)

a b a leghosszabb. A lapátlók által meghatározott háromszögben ezzel szemben lesz a

Térbeli pont helyzetének és elmozdulásának meghatározásáról - I.

Határozott integrál és alkalmazásai

INTEGRÁLSZÁMÍTÁS A GYAKORLATBAN. Készítette: Varga Viktor Témavezet : Sikolya Eszter

BEVEZETÉS AZ ANALÍZISBE

BEVEZETÉS AZ ANALÍZISBE

Házi feladatok megoldása. Harmadik típusú nyelvek és véges automaták. Házi feladatok megoldása. VDA-hoz 3NF nyelvtan készítése

Átírás:

.

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj. Egyváltozós függvények htároztln integrálj PAP MARGIT. A primitív függvény foglm Tekintsük z I (I R) intervllumon értelmezett f : I R függvényt. Ebben prgrfusbn következő kérdésekre keressük válszt: A) Milyen feltételek mellett vn olyn F : I R függvény, melynek deriváltj z I intervllumon z előre dott f függvény? B) Hogyn htározhtó meg egy ilyen tuljdonságú F függvény, h ismerjük z f-et? Ezzel kpcsoltos z lábbi foglom. Definíció. Legyen f : I R. Az F : I R függvényt z f primitív függvényének vgy ntideriváltjánk nevezzük, h ) F deriválhtó z I intervllumon (F D(I)) és ) F () = f() ( I). Nyilvánvló, hogy h F z f-nek primitív függvénye és c bármely z I intervllumon értelmezett konstns függvény, kkor (F + c) = F = f lpján F + c is primitív függvénye f-nek. Megfordítv, h F és F f függvény primitív függvénye z I intervllumon, kkor (F F ) = F F = f f = figyelembevételével zt kpjuk, hogy F F állndó. Következésképpen f primitiv függvényeinek összessége vlmely F primitív függvényéből kiindulv lkbn dhtó meg. {F + c : c R}

. A primitív függvény foglm Definíció. Legyen f : I R olyn függvény, melynek vn primitív függvénye. Az f függvény primitív függvényeinek hlmzát z f függvény htároztln integráljánk nevezzük, és z f()d vgy f szimbólumml jelöljük. Az szimbólum z integrál jel. Az integrál jel ltt szereplő f függvényt integrndusnk is nevezzük. H ismert f egy F primitív függvénye, kkor f htároztln integrálj: f()d = {F () + c, c R}. A gykorltbn htároztln integrál felíráskor hlmz jelölésére hsznált kpcsos zárójelek kiírásától el szoktk tekinteni. Adott függvény primitív függvényeinek megkeresését integrálásnk nevezzük. Az lábbikbn néhány gykrn előforduló függvény primitív függvényét djuk meg.

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 3 I. Alpintegrálok f : I R F : I R, (c R) I z ért.trt. ssz. integrndus f primitív függvénye részintervllum (F () = f(), I) f() = F () = + c I R f() = n, n N F () = n+ n + + c I R, 3 f() = α, α R \ { } F () = α+ α + + c I (; + ) 4 f() = n, n N \ {} F () = + c I R \ {} (n ) n 5 f() = F () = + c I (; ) 6 f() = e F () = e + c I R 7 f() =, >, F () = ln + c I R 8 f() = F () = ln + c I R \ {} 9 f() = sin F () = cos + c I R f() = cos F () = sin + c I R f() = cos = + tg F () = tg + c I R\ {(k + ) π } k Z f() = sin = + ctg F () = ctg + c I R\ {kπ k Z} 3 f() =, F () = ln + + c I R\ { ; } 4 f() = +, F () = rctg + c I R 5 f() =, F () = rcsin + c I (, ) 6 f() = +, F () = ln( + + ) + c I R 7 f() =, F () = ln + + c I 8 f() = cosh = e + e F () = sinh = e e 9 f() = sinh = e e F () = cosh = e e (, ) (, + ) I = R I = R

4. Műveletek primitív függvényekkel A tábláztbn feltüntetett F primitív függvényeket, h deriváljuk visszkpjuk megfelelő f-et. Például z f() = sin függvény primitív függvénye F () = cos. Vlóbn, h kiszámítjuk z F deriváltját, kkor következőt kpjuk: Tehát sin d = cos + c, (c R). F () = ( cos ) = ( sin ) = sin.. Tétel Bármely intervllumon folytonos függvénynek vn primitív függvénye.. Műveletek primitív függvényekkel A differenciálási szbályok felhsználásávl egyszerűen igzolhtók z lábbi, htároztln integrálok meghtározásár vontkozó műveleti szbályok:. Tétel. H z f, g : I R függvényeknek vn primitív függvénye és λ vlós szám, kkor z f + g és λf függvényeknek is vn primitív függvénye és (f() + g())d = f()d + g()d, λf()d = λ f()d. Bizonyítás. Legyen f()d = F () + c, (c R) és g()d = G() + c, (c R), kkor z F és G deriválhtók I-n és F = f G = g. Innen következik, hogy F + G és λf deriválhtók I-n és (F + G) = F + G = f + g (λf ) = λf = λf. vgyis F + G primitív függvénye f + g-nek, és λf primitív függvénye λf-nek. Tehát (f() + g())d = {F () + G() + c, (c R)}, zz (f() + g())d = f()d + g()d és λf()d = {λf () + c, c R} = λ f()d..3 Gykorltok Htározzuk meg következő függvények primitív függvényét (z f értelmezési trtomány z legbővebb R-beli hlmz, melyen kijelölt műveleteknek értelme vn):

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 5 ) f() = ) f() = + + 3 3) f() = + 4) f() = 5) f() = 3 ( ) 6) f() = 3 + 3 + 4 ( + )3 7) f() = 8) f() = 9) f() = sin + b cos ) f() = e + 3 + + 3 ) f() = + 3 3) f() = 4 5) f() = 7) f() = 4 + + 9 ) f() = + 3 4 4) f() = 6) f() = 8) f() = 9 + 4 9 + 4 9) f() = 5 + ) f() = 5 + 4 ) f() = 5 ) f() = 5 4 3) f() = sin 4) f() = cos + cos.4. Integrálási eljárások. Az lpintegrálok és htároztln integrálokr vontkozó műveleti szbályok mellett htároztln integrálok kiszámításkor még két másik integrálási szbályt szoktunk lklmzni. Ezek z ú.n. prciális integrálás szbályi és z integrálás helyettesítéssel..4.. Prciális integrálás szbály. A szorztfüggvény deriválási szbályából következik 3. Tétel (Prciális integrálás szbály.) Legyen f, g két deriválhtó függvény z I intervllumon (f, g D(I)). H z f g függvénynek vn primitív függvénye, kkor g f-nek is vn primitív függvénye, és fg = fg f g. Bizonyítás. Mivel f, g deriválhtók, és (fg) = f g +fg, ezért fg = (fg) f g. Tehát z fg függvény felírhtó két olyn függvény különbségeként, melyeknek vn primitív

6.4. Integrálási eljárások. függvénye, következésképpen fg -nek is vn primitív függvénye, és fg = (fg) f g = fg f g. Ezzel tétellel z fg függvény primitív függvényének meghtározását z f g primitív függvényének meghtározásár vezettük vissz. Ez módszer kkor htékony, h f g egyszerűbb mint fg. Az lábbikbn bemuttunk néhány fontos esetet, mikor primitív függvény meghtározhtó prciális integrálássl.. Típus P ()e d,, hol P () egy polinom. Ebben z esetben z f() = P (), g () = e szereposztássl célrvezető prciális integrálás. A következő feldttl szemléltetjük z eljárást. ) Htározzuk meg z e d htároztln integrált. Az f() =, g () = e ( R) válsztás esetén f =, g() = e, és így: e d = fg = fg f g = e e d = e e + c, (c R). H z integrndusbn z e mellett szereplő polinom n-ed fokú, kkor prciális integrálást egymásután n-szer lklmzv jutunk eredményhez. b) Például: e d = (e ) d = e = e (e ( ) e d = e (e ) d = () e d = e e + e + c, c R.. Típus P () ln d, hol P() egy polinom. Ebben z esetben z g () = P (), f() = ln szereposztássl célrvezető prciális integrálás. ) Htározzuk meg z n ln d htároztln integrált. Legyen f() = ln, g () = n ( > ) és tegyük fel, hogy n. Ekkor g() = n d = n+, > és prciális integrálássl következőt kpjuk: n + n ln d = fg = fg = n+ n + ln f g = n+ n+ n + ln n + d = n n+ d = n + n + ln H n =, kkor g() = ln, >, ebben z esetben ln ln d = ln d. n+ + c, (c R). (n + )

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 7 A fenti összefüggés keresett ln d függvényre egy egyenlet. Ezt megoldv ln d = ln + c, (c R). b) Htározzuk meg z ln d-et. Legyen g () =, f() = ln, >. Ekkor g() =, f () = /. ln d = ln d = ln + c, (c R). 3. Típus e sin bd vgy e cos bd. A fenti integrálok esetében h szorzt bármely tgját jelöljük f-el másikt meg g -tl z eljárás célrvezető lesz. A következő feldttl szemléltetjük z eljárást. Htározzuk meg z e sin d htároztln integrált. Legyen f() = sin, g () = e, R. Ekkor f () = cos, g() = e. e sin d = e sin e cos d. Az e cos d meghtározás érdekében, lklmzzuk még egyszer prciális integrálás szbályát z f () = cos, g () = e szereposztássl. Ekkor f () = sin, g() = e továbbá e sin d = e sin e cos d = = e sin [e cos ( sin )e d] = = e sin e cos sin e d. Tehát: e sin d = e sin e cos sin e d Ahonnn: e sin d = (e sin e cos ) + c, c R..4. Feldtok Prciális integrálássl htározzuk meg z lábbi integrálokt: ) ln d ) ln d 3) 3 ln d 4) e d

8.4. Integrálási eljárások. 5) ( 3 + )e d 6) ( )ch d 7) cos d 8) sin d 9) sin n d ) cos d ) cos n d ) n e α d 3) e sin d 4) e α cos β d 5) e (sin cos ) d 6) rcsin d 7) rctg d 8) rccos d.4.3 Integrálás helyettesítéssel A közvetett függvény deriválási szbályából dódik következő tétel. 4. Tétel. (Integrálás helyettesítéssel) Legyenek I és J intervllumok és tekintsük z ϕ : I J f : J R függvényeket, melyek következő tuljdonságokkl rendelkeznek: ) ϕ deriválhtó z I intervllumon, b) legyen F f primitív függvénye, ekkor z (f ϕ)ϕ függvénynek z F ϕ függvény primitív függvénye, következésképpen (f ϕ)ϕ = F ϕ + c, (c R). Ugynezen összefüggést más jelölésmóddl felírv (f(ϕ(t))) ϕ (t) = F (ϕ(t)) + c, (c R, t I). Bizonyítás. Mivel f-nek z F primitív függvénye J intervllumon ezért F deriválhtó és F () = f(), J. Figyelembe véve, hogy ϕ deriválhtó I-n, ezért F ϕ is deriválhtó I-n és függvények kompoziciójár vontkozó deriválási szbály lpján (F ϕ) (t) = F (ϕ(t)) ϕ (t) = f(ϕ(t)) ϕ (t), t I. Tehát z F ϕ függvény z (f ϕ)ϕ primitív függvénye, zz (f ϕ)ϕ = F ϕ+c, (c R). A következőkben néhány példán keresztül bemuttjuk helyettesítő módszer lklmzását.

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 9.4.4 Példák ) Htározzuk meg z (t + b) n dt,, n. integrált. Legyen ϕ(t) := t + b, f() = n. Ekkor ϕ (t) = és z integráljel ltti kifejezés felírhtó (t + b) n dt = f(ϕ(t))ϕ (t)dt lkbn. Mivel z f() = n függvénynek F () = n+ primitív függvénye, ezért z n + előbbi tétel lpján (t + b) n dt = F (ϕ(t)) + c = (t + b)n+ + c, (c R). n + ) Htározzuk meg tg t dt t ( π, π ) integrál. A tg t = sin t cos t lkot írv, legyen cos t = ϕ(t), ekkor ϕ (t) = sin t és legyen f() = /. Tehát z integráljel ltti kifejezés felírhtó sin t cos t dt = ϕ (t) ϕ(t) dt = f(ϕ(t))ϕ (t)dt lkbn. Mivel z f függvénynek F () = ln egy primitív függvénye, ezért tg t dt = F (ϕ(t)) + c = ln cos t + c, (c R). 3) Htározzuk meg sin t dt t (, π). integr lt.. Módszer. Azért, hogy z integrál ltti kifejezést f(ϕ(t))ϕ (t) lkú függvényként írjuk fel, következő átlkítást végezzük sin t = sin t sin t = sin t cos t. Jelöljük ϕ := cos t, ϕ (t) = sin t, legyen f =, melynek F () = ln + egy primitív függvénye. Ekkor sin t dt = ϕ (t) ϕ (t) dt = f(ϕ(t))ϕ (t) = = F (ϕ(t)) + c = ln cos cos + + c, (c R).

4) Htározzuk meg + tg t dt, t ( π/, π/),.4. Integrálási eljárások.. Módszer A következő átlkításokt is végezhettük voln sin t = tg (t/) + tg (t/) = (tg (t/)) tg (t/). H ϕ(t) = tg t, f() = jelölés hsználjuk, kkor F () = ln, és helyettesítési módszer lpján dt = ln sin t tg t + c, (c R). Megjegyzés A különböző módszerek lkmzás során kpott eredmények látszólg különbözőek, zonbn megfelelő átlkításokkl ki lehet muttni, hogy kpott eredmények egymástól legfeljebb egy konstnsbn térnek el. integrált. A következő átlktást célszerű végezni: + tg t dt = + tg t + tg t dt. Legyen ϕ : ( π, π ) R, ϕ(t) = tg t, ϕ (t) = + tg t, f : R R, f() =. + Ekkor F () = ln( + + ) z f primitív függvénye és + tg tdt = ϕ (t) + ϕ (t) dt = f(ϕ(t))ϕ (t)dt = ( = F (ϕ(t)) + c = ln tg t + ) + tg t + c, (c R). Az 4. Tétel néhány speciális esetét f konkrét megválsztásávl prgrfus végén tábláztbn foglljuk össze. Példák ) Számítsuk ki következő függvények primitív függvényeit: e + e d. Az f : R R, f() = e + e folytonos függvény. Legyen e = t, innen = ln t. Legyen ϕ : (, + ) R, ϕ(t) = ln t. Ez függvény bijektív, z inverz függvénye

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj ϕ : R (, ) t = ϕ () = e, deriválhtó: ϕ (t) =, t (, ) és deriváltjánk t nincs gyöke. Megkeressük z f(ϕ(t)) ϕ (t) = t + t t = t + t függvény egy primitív függvényét, melyet H-vl jelölünk: f(ϕ(t)) ϕ t t + (t)dt = + t dt = t + dt t + dt = Innen 6. Tétel lpján e = t ln( + t) + c = H(t), c R. + e d = H ϕ () = e ln( + e ) + c, c R. Röviden: e = t = ln t, d = dt, tehát t e + e d = t + t dt = t ln( + t) + c t = e ln( + e ) + + c, c R. ) ( + ln d, >. ) Röviden: t = ln = e t, d = e t dt. ( + ln ) d = e t ( + t ) et dt = + t dt = = rctg t + c = rctg(ln ) + c, c R. 3), ( (, ), pozitív. Legyen ϕ : π, π ) (, ) ϕ(t) = sin t, >, ϕ bijektív, deriválhtó és ( ϕ (t), t π, π ) ; ϕ () = rcsin ; g(t) = ϕ(ϕ(t))ϕ (t)dt = sin t cos t = g(t)dt = = = cos t, + cos t f(ϕ(t))ϕ (t)dt = cos t dt = dt = (t + sin t cos t) + c = G(), c R ( f()d = G(ϕ ()) = rcsin + ) + c, c R. Röviden: = sin t t = rcsin, d = cos t dt d = sin t cos t dt = cos t dt = + cos t = = (t + sin t cos t) + c = ( = rcsin + ) + c, c R.

.4. Integrálási eljárások. Htároztln integrálok táblázt ϕ : I R folytonosn deriválhtó függvény, c R () ϕ n ()ϕ ()d = ϕn+ () n + + c, n N () ϕ ()ϕ ()d = ϕ+ () + + c, R \ { }, ϕ(i) (, ) (3) ϕ() ϕ ()d = ϕ() ln + c, R + \ {}. (4) ϕ () d = ln ϕ() + c, ϕ() ϕ(), I (5) ϕ () ϕ () d = ln ϕ() ϕ() + +, ϕ() ±, I, (6) ϕ () ϕ () + d = rctg ϕ() (7) ϕ () sin ϕ()d = cos ϕ() + c (8) ϕ () cos ϕ()d = sin ϕ() + c + C, (9) ϕ () {(k cos ϕ() d = tg ϕ() + c, ϕ() / + ) π } k Z, I () ϕ () sin d = ctg ϕ() + c, ϕ() ϕ() / {kπ k Z}, I () { ϕ () tg(ϕ())d = ln cos ϕ() + c, ϕ() / (k + ) π } k Z, I () ϕ () ctg(ϕ())d = ln sin ϕ() + c, ϕ() / {kπ k Z}, I (3) ϕ () ϕ () + d = ln[ϕ() + ϕ () + ] + c, (4) ϕ () ϕ () d = ln ϕ() + ϕ () + c, ϕ(i) (, ) vgy ϕ(i) (, ), > (5) ϕ () ϕ() d = rcsin + c, >, ϕ(i) (, ) ϕ ()

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 3.4.5 Gykorltok A helyettesítési módszert lklmzv htározzuk meg következő függvények primitív függvényeit: ) cos(3t )dt ) t (t 3 + ) 5 dt 3) 4 + 3 d 4) 8 3 + 6 4 + 3 + 5 d 5) sin + cos d 6) cos 7) + tg d tg 9) d ln 8) e 3 d ) ln d. sin( + )d. sin cos d 3. sin 3 cos d 4. sin 3 d 5. sin + cos sin cos 6. (tg + tg 3 )d 7. sin sin + 4 d 8. sin cos4 d 9. d 4

4.4. Integrálási eljárások..4.6. A rcionális függvények integrálás. Elemi törtfüggvények Definíció. Elemi törtfüggvénynek nevezzük z. f() := n n + n n + + +, R; A. f() := ( ) n (n N+ ), ; A + B 3. f() := ( + b + c) n n N+, (b 4c < ), R lkú függvényeket. Tétel. Bármely rcionális függvény felbonthtó véges számú elemi törtfüggvény összegére, vgyis, h f : I R, f() := P () Q() (Q(), I) rcionális függvény, hol P és Q reltív prím polinomok, és Q vlós együtthtós irreducibilis tényezőkre bontás Q() =( ) α... ( m ) αm ( + p + q ) β... ( + p n + q n ) βn kkor f() = L() + + ( + p i + q i = -nk nincs vlós gyöke, i =, n), [ m i= A (i) ( i ) + A (i) αi ( i ) A(i) α + + i αi i n B(j) + C(j) ( + p j + q j ) β + B (j) + C(j) j ( + p j + q j ) β j + + B (j) β j + C (j) β j + p j + q j j= (L polinom, A (i) k, B(j) h, C(j) h, p j, q j R, p j 4q j < ). A következőben néhány példán keresztől bemuttjuk, hogy hogyn végezzük el gykorltbn rcionális törtfúggvény elemi törtekre bontását. Bontsuk elemi törtfüggvények összegére z f : I R rcionális függvényeket: 7 + 4 ) f() := 3 + 8. Megoldás. H számláló fokszám kisebb mint nevező fokszám, kkor L() =. Először nevezőt vlós együtthtós irreducibilis tényezők szorztár bontjuk. 3 + 8 = ( + ) ( 3), így ] + 7 + 4 ( + ) ( 3) = A ( + ) + B + + C 3.

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 5 Az A, B, C vlós állndókt htároztln együtthtók módszerével számítjuk ki: honnn 7 + 4 ( + ) ( 3) A( 3) + B( + )( 3) + C( + ) = ( + ) ; ( 3) 7 + 4 ( + ) ( 3) = (B + C) + (A B + 4C) + ( 3A 6B + 4C) ( + ), ( 3) B + C = A B + 4C = 7 3A 6B + 4C = 4 egyenletrendszert kpjuk, melynek megoldás: A =, B =, C =. Tehát f() = ) f() := 4 4 3 + 9 6 + 9 ( + ). (3 ) Megoldás. 4 4 3 + 9 6 + 9 ( + ) (3 ) ( + ) + + 3. A htároztln együtthtók módszerével zt kpjuk, hogy = A + B ( + ) + C + D + + E 3. A =, B =, C =, D = 4, E =, tehát f() = ( + ) 4 + + 3. 3) f() := 4 + 6 3 + 9 + ( + ) 3. Megoldás. H számláló fokszám ngyobb mint nevező fokszám, kkor először elosztjuk számlálót nevezővel. A mrdékos osztás tétele lpján P () = L() Q() + P (), hol gr P < gr Q. Ekkor f() = L() Q() + P () Q() = L() + P () Q(). A fenti kifejezésben P () tört számlálójánk fokszám kisebb mint nevező fokszám, Q() ezért felbontás z előző példákhoz hsonlón történik. A számlálót nevezővel osztv, zt kpjuk: A 3 + ( + ) 3 elemi törtekre bontás: f() = + 3 + ( + ) 3. 3 + A ( + ) 3 = ( + ) 3 + B ( + ) + C +.

6.4. Integrálási eljárások. A htároztln együtthtók módszerével számolv A = 6, B = 8, C = 3, tehát 6 f() = + ( + ) 3 + 8 ( + ) + 3 +.. Az elemi törtfüggvények integrálás I. Az f : I R, n n + n n + + + polinomfüggvényt tgonként integráljuk. Péld (3 4 7 + + )d = 3 5 5 73 3 + + + c = 3 5 5 7 3 3 + + + c, c R. II. Az f : I R, A ( ) n (n N, I (, ) vgy I (, + )) függvény integrálás: ) H n =, kkor A d = A ln + c, c R. b) H n, kkor A ( ) n d = A n Megjegyzés H f() = A (m + p) n Példák: A (m + p) n (m ) lkú, kkor f() = A m n + c, c R. ( ) n rcionális függvény integrálás visszvezethető z előbbi esetre. ( ) n, hol p =. Tehát z f() = m Számítsuk ki következő függvények htároztln integrálját: ) f() :=, (3, + ). ( 3) 4 Megoldás. Legyen ϕ() = 3, ϕ () =. f()d = ϕ 4 ()ϕ ()d = 3 ϕ 3 () + c = 3 + c, c R. ( 3) 3 ( 7 ) f() := ( + 5) 3,, 5 ). Megoldás. Legyen ϕ() = + 5, ϕ () =. f()d = 7 ϕ 3 ()ϕ ()d = 7 ϕ () + c = 7 4 + c, c R. ( + 5) A + B III. Az f : I R, f() = ( + b + c) n, (n N, = b 4c < ) függvény [ ( integráláskor először z + b + c = + b ) ] 4 átlkítást végezzük

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 7 el. A t = + b változócserével z lábbi típusú integrálokr vezetjük vissz függvény integrálását: ) + d b) + d c) ( + ) n d d) ( + d, n. ) n Az ) integrál z lpintegrál szerint: + d = rctg + c, c R. A b) és c) integrálokt helyettesítéssel számítjuk ki. ϕ () =, ( + ) n d = Legyen ϕ() = +, ekkor + d = ϕ () ϕ() d = ln( + ) + c, c R. ϕ () ϕ n ()d = (n ) ( + + c, (n ). ) n A d) típusú integrált egy rekurziós összefüggés segítségével htározzuk meg. A rekurziós összefüggéshez prciális integrálássl jutunk. I n = ( + ) n d = I n ( + ) n d = + ( + ) n d = d ( + ) n. A prciális integrálás lpján ez utóbbi integrál következő lkr hozhtó (f() =, g () = /( + ) n jelöléssel) következésképpen d ( + ) n = ( n)( + ) n n = ( n)( + ) n I n n, I n = d ( + ) n = n (n ) ( + + ) n (n ) I n, n =, 3,.... Mivel I -et már kiszámítottunk, fenti rekurzió segítségével I n kiszámolhtó bármely n =, 3,... értékére. A J n = A + B ( + b + c) n d, (n >, = b 4c < ) integrál kiszámítás visszvezethető z I n -re következő átlkításokkl: J n = A + B A ( + b + c) n d = A B + b + A b ( + b + c) n d =

8.4. Integrálási eljárások. A ( + b + c) ba ( d + (B + b + c) n ) Az utóbbi integrálbn z y = + b J n = eredményre jutunk. Példák: d n [( + b ) + 4 ]n. vátozócserét elvégezve z A ba ( n)( + (B + b + c) n )I n( + b ) Számítsuk ki következő függvények htároztln integrálját:. f() := ( + ) 3, R. Megoldás. Felhsználjuk 3. b) pontbn felírt rekurziós összefüggést: I = d = rctg + c, c R; + I = ( + ) d = ( ) + + I = ( ) + + rctg + c, c R; I 3 = ( + ) 3 d = [ ] 4 ( + ) + 3I = = [ 4 ( + ) + 3 ( )] + + rctg + c, c R. Tehát f()d = I 3 = 4 ( + ) + 3 8 + + 3 rctg + c, c R. 8. f() = + 3 + 4, R. Megoldás. A nevező diszkrimináns = 9 6 = 7, tehát f() = ( + 3 ) + 7 4 elvégezve t = + 3, dt = d helyettesítést z f függvény integrálját következő integrálr vezetjük vissz: t + ( )dt = 7 7 7 rctg 7t + c, c R 7 tehát f()d = ( 7 + 3 ) 7 7 rctg 7 + c = 7 7( + 3) 7 rctg + c, c R. 7 3. f() := 3 5 + 6 + 5, R.

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 9 Megoldás. A nevező diszkrimináns: = 36 4 = 4, nevező deriváltj: ( + 6 + 5) = 4 + 6. ( f()d = 3 4 5 ) + 6 6 3 4 d = + 6 + 5 I = = 3 4 4 + 6 + 6 + 5 d 9 + 6 + 5 d. 4 + 6 ϕ + 6 + 5 d = () ϕ() = ln ϕ() + c = ln( + 6 + 5) + c, c R. I = ϕ() = + 6 + 5, ϕ () = 4 + 6. + 6 + 5 = ( + 3 ) + ( ) d = = ( rctg + 3 ) + c = rctg( + 3) + c, c R. Tehát f()d = 3 4 I 9 I = 3 4 ln( + 6 + 5) 9 rctg( + 3) + c, c R..4.7 Trigonometrikus függvények rcionális kifejezéseinek integrálás. Egyszerűbb típusok. ) sin n+ cos k lkú kifejezések integráláskor következő átlkításokt végezzük: sin n+ cos k = sin sin n cos k = sin ( cos ) n cos k. A htványozás és szorzás műveleteket elvégezve, z f() = cos, f () = sin jelölést hsználv, z összeg minden egyes tgj λf n ()f () típusú lesz, tehát z integrálás tgonként elvégezhető lesz. Példák:. )-hoz. sin 5 d = sin sin 4 d = sin ( cos ) d = sin d sin cos d + sin cos 4 d = cos + f ()f ()d f ()f 4 ()d = cos + 3 f 3 () 5 f 5 () + c = cos + 3 cos3 5 cos5 + c, c R.. sin 3 cos d = sin sin cos d = sin ( cos ) cos d = sin cos d sin cos 3 d = f ()f()d + f ()f 3 ()d = f () + 4 f 4 () + c = cos + 4 cos4 + c, c R.

.4. Integrálási eljárások.. b) cos n+ sin k lkú kifejezések integráláskor következő átlkítást végezzük cos n+ sin k = cos cos n sin k = cos ( sin ) n sin k. A kijelölt műveleteket elvégezve, z f() = sin, f () = cos jelölést hsználv, z összeg minden egyes tgj λf n ()f () típusú lesz, tehát z integrálás tgonként elvégezhető lesz. Példák. b)-hez:. cos 3 d = cos cos d = cos ( sin )d = = cos d cos sin d = sin 3 sin3 + c, c R.. cos 5 sin d = cos cos 4 sin d = cos ( sin ) sin d = = cos sin d cos sin 4 d + cos sin 6 d = = 3 sin3 5 sin5 + 7 sin7 + c, c R.. c) H z integrndusbn szinusz és coszinusz is páros htványon szerepelnek, zz sin n cos m kifejezést krjuk integrálni, kkor kétszeres szögfüggvényeire tnult zonosságokt hsználjuk z integrndus átlkításár, zz z sin cos = sin sin cos = cos + cos =. összefüggéseket. Az sin n cos m d integrálbn elvégezve fenti összefüggések lpján z átlkításokt z.) vgy.b) típusú integrálok kiszámítás lesz feldt. Példák. c)-hez:. sin d = cos. cos 4 d = ( + cos 4 sin + 4 d = cos d = sin + c, c R. ) 4 d = ( 4 + cos + ) 4 cos d = 4 + + cos 4 d = 4 + 4 sin + 8 + sin 4 + c, c R. 3 3. sin cos 4 d = (sin cos ) cos d = sin cos d = 4 = cos 4 + cos d = ( + cos cos 4 cos cos 4) d = 4( 6 + 6 sin 4 sin 4 ) cos 6 + cos d = ( + 6 sin sin 4 4 sin 6 + ) sin + c, c R. 4 A fenti példábn tlálkoztunk z cos cos bd típusú integrálll és láttuk, hogy kiszámításkor koszinuszok szorztát kifejeztük koszinuszok összegével. Az eljárás áltlábn is lklmzhtó. Az cos cos bd, cos sin bd, sin sin bd

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj integrálokt úgy számítjuk ki, hogy először z integrndus ltti kifejezéseket átlkítjuk következő trigonometrikus zonosságok segítségével mjd tgonként elvégezzük z integrálást. cos cos b = (cos( + b) + cos( b)) sin sin b = (cos( + b) cos( b)) cos sin b = (sin( + b) sin( b)),. Az R(sin, cos, tg, ctg) (hol R egy rcionális kifejezés) lkú integrálok kiszámításkor mindig célrvezető t = tg, d = t t t dt, sin =, cos =, tgt = + t + t + t t, ctgt = t t helyettesítés. Példák:. Számítsuk ki z + cos (, sin d π ) integrált. Elvégezve fent leírt változó cserét következőt kpjuk: + cos + t sin d = + t t + t + t dt = ( t) + t dt. Az integrndus t-ben rcionális törtfüggvény, mit prciális törtekre bontunk. ( t) + t = A (t ) + B (t ) + Ct + D t + ; 4 = A(t + ) + B(t )(t + ) + (Ct + D)(t ) ; 4 = (B + C)t 3 + (A B C + D)t + (B + C D)t + (A B + D). Az együtthtók egyenlőségéből következő egyenletrendszert kpjuk: B + C = A B C + D = B + C D = A B + D = 4, melynek megoldás A = C =, B =, D =. Behelyettesítve z együtthtókt ( ( t) + t dt = (t ) (t ) + t t + ) dt = ( + t ) ln t + t ( + t ) dt = t ln t + ln( + t ) + c, c R.

.4.8. Irrcionális függvények integrálj Tehát + cos sin d = tg ln tg + ln( + tg ) + c, c R.. Számítsuk ki z I() = sin ( sin + cos d, π 4, π ). Hsonlón mint z előző feldt esetén, elvégezve változócserét 4 tdt (t + )(t t ) integrálhoz jutunk, mely elemi törtekre bontássl egyszerűen kiszámíthtunk. Azonbn fel szeretnénk hívni figyelmet rr, hogy ezt z integrált még két másik eljárássl is meg lehet htározni. H z integrndus ltti rcionális kifejezére teljesül z R(sin, cos ) = R( sin, cos ) egyenlőség, kkor t = tg, d = helyettesítés egyszerűbb + t rcionális integrálndó függvényhez vezet, mint t = tg helyettesítés. Az előző feldt megoldás ezzel helyettesítéssel következő lesz: I() = ( sin sin + cos d = t + + t + t + tg tg + d = t (t + )(t + ) dt = ) dt = ( ln t + + ln t + + rctgt ) ( ln tg + + ln tg + + + c. Egy hrmdik megoldási eljárás következő: Tekintsük J() = integrált. Vegyük észre, hogy I() + J() = sin + cos sin + cos d = + c I() J() = sin cos sin + cos d = (sin + cos ) sin + cos ) + c = cos sin + cos d d = ln sin + cos + c. Innen I() = (ln sin + cos ) + ) + c, c R. Az eredmények látszólg különböznek egymástól, de zonos átlkításokt végezve igzolhtók, hogy legfeljebb egy konstnsbn különböznek. (Ennek ellenőrzését z olvsór bízzuk.).4.8. Irrcionális függvények integrálj Az irrcionális függvények áltlábn csk kkor integrálhtók elemien, h felírhtók megfelelően válsztott új változónk rcionális függvényeként. A következőkben néhány ilyen esetet tárgylunk.. Az ( ) + b R, n d, n természetes szám, R rcionális kétváltozós c + d vlós függvény. Ekkor + b c + d = tn,

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 3 változó cserével t változóbn rcionális integrálhoz jutunk. Azz tekintjük z = ϕ(t) = dtn b ct n helyettesítést z R függvény értelmezési trtományánk egy I intervllumából. Ekkor ϕ : I I deriváltj folytonos, ϕ, ϕ rcionális függvények, tehát R(ϕ(t), t)ϕ (t) rcionális függvényt értelmez és htároztln integrálj létezik és tnult eljárásokkl kiszámíthtó. Példák: Számítsuk ki következő htároztln integrálokt:. ( + ) 3 + d. Jelöljük t = 3 +, ekkor = ϕ(t) = t 3, ϕ : R R, ϕ (t) = 3t. Alklmzv fenti helyettesítést következőt kpjuk: ( + ) 3 + d = (t 3 + )3t 3 dt = 3 7 t7 + 3 4 t4 + c = = 3 7 ( 3 + ) 7 + 3 4 ( 3 + ) 4 + c, c R.. d (, ). + Jelöljük t = t, = ϕ(t) = + + t ϕ : (, + ) (, ), ϕ (t) = 4t (t + ). A fenti helyettesítés lklmzásávl következőt kpjuk: t + d = + t t 4t (t + ) dt = 4 t ( t )( + t ) dt = ( = 4 ) ( t dt = 4 rctg t + + t t + ) + t dt = = 6 rctg t + ln t t + + c = 6 rctg + + ln + + c, c R. + +. Az R(, ), (, ), >, lkú integrálok, hol R kétváltozós vlós rcionális függvény. H z integrndus független változónk, z vlmint -nek rcionális függvénye, kkor z = sin t, >, t ( π/, π/), d = cos tdt, = ( sin t) = cos t

4.4.8. Irrcionális függvények integrálj helyettesítéssel trigonometrikus integrállá lkíthtó. Péld: Számítsuk ki következő htároztln integrált:. 4 d, (, ). Az = sin t, t ( π/, π/), d = cos t, helyettesítést lklmzv következőt kpjuk: 4 d = 4 sin t 4 4 sin t cos tdt = 6 sin t cos tdt = = 4 sin tdt = ( cos 4t)dt = t sin 4t + c = ) = rcsin 4 ( + c, c R. 3. Az R(, + ) lkú integrálok, hol R kétváltozós vlós rcionális függvény. H z integrndus független változónk, z, vlmint + -nek rcionális függvénye, kkor z = sinh t, t R, d = cosh tdt, helyettesítéssel gyöktényező kiküszöbölhető. + = ( + sinh t) = cosh t Példák: Alklmzv z előző helyettesítést, számítsuk ki következő integrálokt:. + d Az = sinh t, t R, d = cosh tdt, + = ( + sinh t) = cosh t helyettesítéssel + d = sinh t cosh tdt integrálhoz jutunk. Mivel sinh t = (cosh t )/, cosh t = (cosh t + )/, ezért + d = (cosh t )(cosh t + )dt = (cosh t )dt = 4 4 4 cosh 4t + dt t 4 = sinh 4t 3 + t 8 t + c, c R. 4

. ( ) 3 d,.. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 5 Mivel = sinh t és sinh 4t = sinh t cosh t = 4 sinh t cosh t(sinh t + cosh t) = 4 sinh t + sinh t(sinh t + + sinh t) = 4 + ( + ), ezért + d = 8 + ( + ) rsinh + c, c R. 8. 3 4 + 5 d. Először nevezőből kiemelünk 5-öt nevezőből: 3 d = 4 + 5 5 3 ( ) d. + 5 H = 5 sinh t, kkor gyök ltti mennyiség ( 5 cosh tdt, 5 8 65 3 4 + 5 d = 5 8 5 sinh3 t 5 cosh t sinh t(cosh t )dt = 8 65 5 8 cosh tdt = 65 sinh t cosh tdt 8 65 ) + = cosh t és d = 5 sinh 3 tdt = sinh tdt = 8 875 cosh3 t 8 65 cosh t + c = ( ) ) 3 ( ( + 3 5 4 ) + 5 5 + c, c R. 4. Az R(, ) lkú integrálok, hol R kétváltozós vlós rcionális függvény. H z integrndus független változónk, -nek, vlmint -nek rcionális függvénye, kkor z = cosh t, t [, ), d = sinh tdt, helyettesítéssel gyöktényező kiküszöbölhető. = (cosh t ) = sinh t Példák:

6.4.8. Irrcionális függvények integrálj Jelöljük = cosh t, t, kkor d = sinh tdt, = sinh t és ( ( ) cosh t ) 3 d = sinh 3 t sinh tdt = sinh 4 tdt = dt = = cosh tdt cosh tdt + 4 4 t = cosh 4t + dt 4 4 sinh t + 4 t = = 3 sinh 4t 4 sinh t + 3 8 t + c = 8 ( ) + + 3 rcosh + c, c R. 8 5. Tekintsük z R(, + b + c)d, integrált hol R kétváltozós vlós rcionális függvény. Az R értelmezési trtomány függ másodfokú trinom előjelétől és z R függvény nevezőjétől. Az integrált mindig z értelmezési trtomány egy I R intervllumán vesszük. H z integrndus független változónk, -nek, vlmint + b + c-nek rcionális függvénye, kkor prméterek természetétől függően következő módon lkítjuk át z irrcionális kifejezést: I. Módszer. I. ) H >, kkor -t, h <, kkor -t emelünk ki gyökjel elé. I. b) Legyen >, kkor kiemelés elvégzése után gyök ltti mennyiséget felírjuk két négyzet összegeként vgy különbségeként (zz másodfokú kifejezést knonikus lkr hozzuk): + b + c = ( + b + c = + b ) ( ) c + b 4. Jelöljük = b 4c-vel másodfokú kifejezés diszkriminánsát és végezzük el z y = + b, d = dy vátozócserét, így z R(, + b + c)d = = ( R y b, ) y 4 dy = ) R (y, y 4 dy, hol R szintén egy kétváltozós rcionális kifejezés. H >, kkor z utóbbi integrált 3.-bn tárgyltk lpján z y = cosh t, t [, ), dy = sinh tdt, változó csere lklmzásávl számítjuk ki. H < kkor.-bn tárgyltk lpján z = sinh t, t R, d = cosh tdt

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 7 változócserével vezetjük vissz rcionális tört integráljához. I. c) H z <, kkor -t emelünk ki z integrál jel lól és knonikus lkr hozzuk gyök ltti másodfokú kifejezést: + b + c = = b c = ( + b ) + 4. ( + b ) + b 4 c = H <, kkor gyök ltti mennyiség bármely értékére negtív, tehát z integrndus vlós számok hlmzán nem értelmezett és így feldt nem oldhtó meg. H >, kkor először z y = + b, d = dy vátozócserével ( R, ) + b + c d = = ( R y b, ) y + 4 dy = ) R (y, y + 4 dy, mjd z. lpján z y = sin t, t ( π/, π/), dy = cos tdt változócserével vezetjük vissz rcionális tört integráljár. II. Módszer. Az Euler féle helyettesítések. II.) H z > kkor z + b + c = + t, = t c t + b = ϕ(t), ϕ : I I d = ϕ (t)dt változócserét végezzük el. Mivel ϕ folytonos, ϕ és ϕ rcionális függvények ezért vátozócsere lklmzás során R(, + b + c)d = R(ϕ(t), ϕ(t) + t)ϕ (t)dt. Ez utóbbi integrálbn z integrndus t-nek rcionális függvénye, tehát kiszámíthtó. Péld: Az előbbi módszer lklmzásávl számítsuk ki következő integrált: d + + +, (, + ).

8.4.8. Irrcionális függvények integrálj A következő helyettesítést végezzük: + + = + t. Az egyenlőség mindkét oldlát négyzetre emeljük, mjd kifejezzük -et és zt kpjuk, hogy = t t = ϕ(t), ϕ : (, ) (, + ) továbbá ϕ (t) = (t t ) ( t). Elvégezve helyettesítést következőt kpjuk: d + + + = = ( t t + t 3t + (t )( t) )dt = t + 8 3 (t t ) ( t) dt = t dt + 7 3 (t t ) (t )( t) dt = t dt = = t + 8 3 ln t 7 6 ln t + c = + + + 8 3 ln + + 7 6 ln ( + + ) + c, c R. II.b) H c > kkor lklmzhtjuk következő helyettesítést. + b + c = c + t. Mindkét oldl négyzetre emelése után szbdtgok kiesnek, mjd h mindkét oldlt elosztjuk -szel és kifejezzük -et következőt kpjuk: = b ct t = ϕ(t), d = ϕ (t)dt. Elvégezve z előbb bemuttottk lpján helyettesítést ismét rcionális törtfüggvény integráljához jutunk. Péld: Alklmzv z előbb bemuttott eljárást számítsuk ki: d, >. + 3 + Jelöljük + 3 + = + t-el. Az utóbbi egyenlőségből kifejezve -et = 3 t t = ϕ(t), d = t 6t + (t ) dt kpjuk. Elvégezve változócserét következőt kpjuk: ( 3 t + 3 + d = t + t 3 t ) t 6t + t (t ) dt = 3 t (t ) dt

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 9 t (t ) dt 6 (t ) (t + ) dt = (t ) = (t ) dt 6 ( 4 = t 3 ( ln t + ln t + t (t ) (t ) + (t + ) + t + (t + ) ) + c = = ( ) 3 + 3 + + 3 + + 3 + ln + ln + 3 + + ) dt = + 3 + + c, c R. + II.c) H z + b + c = másodfokú egyenletnek z, vlós gyökei, kkor z új ismeretlent következőképpen is bevezethetjük: + b + c = t( ). Az -et ismét könnyen ki tudjuk fejezni t segítségével. Figyelembe véve, hogy z, gyökök ezért + b + c = ( )( ), négyzetre emelve fenti egyenlőséget következőt kpjuk: honnn ( )( ) = t ( ), = t t = ϕ(t). Elvégezve z = ϕ(t) helyettesítést z eredeti integrált rcionális tört integráljár vezetjük vissz. Péld. Alklmzv z előbb bemuttott eljárást számítsuk ki: + d, >. 3 + Az 3 + = egyenlet gyökei z =, =. Jelöljük 3 + = t( ). Innen ( )( ) = t ( ), egyszerűsítve ( )-gyel ( mivel > ) zt kpjuk, hogy = t t, d = t (t dt. Elvégezve vátozócserét következőt ) kpjuk: + 3 + d = t t ( t ) t + t t (t ) dt = t t = (t t ) (t ) dt = t (t + ) (t )(t ) dt.

3.5. Összefoglló feldtok A fenti rcionális tört integrálásához először törtet elemi törtekre bontjuk t (t + ) (t )(t ) = A (t + ) + B t + + Az együtthtók egyenlővé tételéből zt kpjuk, hogy B + C + D = A + B + C + 4D = A B C + 3D = A B C + D =, C t + D t. honnn A = 3 5, B =, C =, D =. + A d = + B ln t + + C ln t + D ln t + c = 3 + t + A = + B ln + + + C ln + D ln + c, c R..5. Összefoglló feldtok Htározzuk meg, hogy melyik hlmzon létezik primitív függvénye z lábbi függvényeknek, és htározzuk meg primitív függvényeiket! I. ) f() = ln( + ) ) f() = ( + + 3)e 3) f() = ( 3 + + )e 4) f() = cos 5) f() = 3 sin 3 6) f() = e sin 7) f() = e cos 8) f() = sin(ln ) 9) f() = sinh ) f() = rccos(4 + ) ) f() = rctg ) f() = rctg 3) f() = cos e 4) f() = ln + 5) f() = e rccos 6) f() = e rcsin 7. f() = ln( + + ) 8) f() = ln 3 II. ) f() = 3) f() = 3 + ) f() = 4 4) f() = 5 3 4

. Egyváltozós függvények htároztln integrálj 3 5) f() = 3 7) f() = 4 + 9) f() = + 3 + ) f() = 6) f() = ( + ) 8) f() = 3 4 + 5 ( )( + 4) ) f() = + ( + ) ) f() = 7 + ( ) 3 III. ) f() = ) f() = sin3 cos cos 3) f() = sin 4) f() = cos 4 5) f() = sin 3 6) f() = sin cos 3 7) f() = sin 3 cos 8) f() = sin 4 cos 9) f() = ) f() = sin cos sin cos + 5 ) f() = ) f() = sin 3 + tg + cos 3) f() = tg sin 5) f() = + sin 4) f() = sin cos sin + cos 6) f() = cos 4 sin IV. ) f() = e + e ) f() = e3 e + e e 3) f() = e 4) f() = + e e + 5) f() = e + e 6) f() = + e 7) f() = sh 3 8) sh ch 9) f() = ch 4 ) f() = sh ch V. ) f() = ( + 3) + ) f() = 3 + 3) f() = + + 4) f() = + 7 + 5) f() = + 6) f() = 3 7) f() = 8) f() = 4 9) f() = ) f() = 3 4 ) f() = ( + 3) ( ) 3 ) f() = + 3) f() = + 9 4) f() = 3

3.5. Összefoglló feldtok 5) f() = + 9 7) f() = + + + 9) f() = + + + ) f() = + 4 + 5 6) f() = + 4 + 8) f() = ( + ) + ) f() = 3 +

. Htározott integrál 33. Htározott integrál.. Görbék áltl htárolt síkidomok területe Archimédesz módszere prbol ltti terület kiszámításár Feldt. Htározzuk meg z f() = függvény grfikus képe, z O tengely z =, = egyenesek áltl htárolt síkidom területét. A terület meghtározás érdekében osszuk fel [, ] intervllumot n egyenlő részre. A kpott osztópontok hlmzát jelöljük τ-vl: 3 τ = { =, = n,..., k = k n,..., n = n n = }. 4 PSfrg replcements O y y = f() = n n k n k n n n = n n (. ábr) A megdott osztópontokhoz trtozó,,f grfikonjáb beírt tégllpok területének

34.. Görbék áltl htárolt síkidomok területe... összege: s n (f, τ) = n k= n.( k n k n ) = n 3 = n 3 k= = n 3 (n )n(n ) 6 = n k = k= (n )(n ) 6n = 6 növekszik z osztópontok n számánk növelésével. Az f grfikonj,,köré írt tégllpok területének összege: S n (f, τ) = n k= n ( ) k = n n k= = n 3 n(n + )(n + ) 6 k n 3 = n 3 = n k = k= (n + )(n + ) 6n = 6 ( ) ( ), n n ( + ) ( + ), n n csökken z osztópontok n számánk növelésével. H ngyon sok osztópontot tekintünk, kkor,,beírt és,,köré írt tégllpok területének összege ngyon jól megközelíti (hiánnyl, illetve többlettel) kiszámítndó területet. Vgyis felvetett problémár válszt kpunk, h kiszámítjuk z s n vgy z S n kifejezéseinek htárértékét midőn z n trt végtelenbe. T = lim s (n )(n ) n(f, τ) = lim n n 6n = lim n (n + )(n + ) 6n = 3 = lim n S n(f, τ) =. Kérdés. Lehet-e módszert áltlánosítni bármely függvényre? Bizonyos függvényosztályok esetén elméletben jó módszer, de gykorltbn nem mindig sikerül s n és S n összegeket olyn (zárt) lkr hozni mely lehetővé teszi htárértékük kiszámítását. Például z f() = sin, [, ] esetén S n = n k= n sin k felsö közelítö n összeg htárértékének meghtározás nem egyszerű. Észrevétel. A f() = függvénynek F = 3 függvény primitív függvénye 3 (F () = f() [, ]). Vegyük észre zt z érdekes tényt, hogy F () F () = /3 = T. Ennek lpján felmerül z sejtés, hogy primitív függvény,,megváltozás megdj görbe ltti síkrész területét bizonyos függvényosztályok esetén.. Kérdés. Milyen függvényosztályok esetén igz z, hogy primitív függvény,,megváltozás megdj görbe ltti síkrész területét? A következökben fent megfoglmzott kérdésekre djuk meg válszt. Megmuttjuk, hogy z f : [, b] R korlátos függvények esetén bemuttott eljárás áltlánosítás htározott integrál definíciójához vezet. Az áltlánosítás érdekében z [, b] intervllumot n nem feltétlenül egyenlö részre osztjuk. Az így kpott osztópontok segítségével vezetjük be z [, b] intervllum felosztásánk foglmát. Az dott felosztáshoz trtozó,,beírt és,,körülírt tégllpok területeinek összegével definiáljuk z s n és S n lsó ill. felsö közelítö összegeket. Megmuttjuk, hogy h z f korlátos z [, b]- n kkor bármely lehetséges módon felírt lsó közelítö összegek hlmzánk vn

. Htározott integrál 35 véges szuprémum és z összes lehetséges módon felírt felsö közelítö összegek hlmzánk vn véges infimum. Az olyn függvényeket, melyekre igz z, hogy z lsó közelítö összegek szuprémum egyenlö felsö közelítö összegek infimumávl, z [, b]-n htározott integrálll rendelkezö függvényeknek, vgy egyszerűbben [, b]-n integrálhtó függvényeknek fogjuk nevezni. A késöbbiekben második kérdésre is fogunk válszolni. Nevezetesen, megmuttjuk, hogy zokr függvényekre, melyek egyidöben integrálhtók z [, b]-n és vn primitív függvényük igz z, hogy z [, b]-n vett htározott integráljuk éppen primitív függvényük [, b]-n vett megváltozásávl lesz egyenlö. Ezt ngyon fontos eredményt Newton-Leibniz tételnek nevezzük és gykorltbn ezt hsználjuk, h vlhányszor ki krunk számítni egy htározott integrált. S most térjünk rá htározott integrál precíz definíciójár.. A htározott integrál foglm. Definíció Legyen I = [, b] egy zárt, véges intervllum. Az I intervllum és b végpontjit trtlmzó véges részhlmzit z I intervllum felosztásink nevezzük, melyet áltlábn lkbn írunk. τ = { = < <... n < n = b} Az I felosztásink hlmzát F(I)-vel jelöljük. Nyílvánvló, hogy bármely két τ, τ F(I) felosztásr τ τ F(I), τ τ F(I).. Definíció Legyen f : I R egy korlátos függvény és τ := {,,... n } F(I) z I intervllum egy felosztás. Jelöljük Az ill. z m i = inf{f() : i i } M i = sup{f() : i i } S(f, τ) := s(f, τ) := n ( i i )M i, i= n ( i i )m i, i= számot z f-nek τ felosztáshoz trtozó felső, ill. lsó közelítő összegének nevezzük.

36. A htározott integrál foglm 3 PSfrg replcements 4 O y y = f() = k k n n = b (. ábr) Az f függvény korlátosságából következik, hogy m i, M i, (i =, n) véges számok. Következésképpen S(f, τ) és s(f, τ) is véges számok H f() >, I, kkor S(f, τ) z,,f grfikonj köré írt {(, y) R : i i, y M i } tégllpok területének összegét jelenti. A s(f, τ) z,,f grfikonjáb beírt {(, y) R : i i, y m i } tégllpok területének összegével egyenlő. H z f függvény negtív értéket is felvesz, kkor z m i és M i számok között lesznek negtív számok is. Ebben z esetben z s(f, τ) és S(f, τ) beírt és körülírt tégllpok egyesítésével dódó hlmz előjeles területének nevezzük. Nyilvánvló, hogy m i = inf{f() : i i } sup{f() : i i } = M i (i =,,... n), következésképpen bármely τ felosztás esetén: () s(f, τ) := n ( i i )m i i= n ( i i )M i =: S(f, τ). Azz bármely τ felosztáshoz trtozó lsó közelítö összeg kisebb vgy egyenlö mint τ felosztásához trtozó felsö közelítö összeg. i=. Tétel. ) H τ, τ F(I) és τ τ, kkor s(f, τ ) s(f, τ ), S(f, τ ) S(f, τ ), b) Bármely két τ, τ F(I) felosztásr s(f, τ ) S(f, τ ).

. Htározott integrál 37 H τ τ, kkor τ több osztópontot trtlmz. Ilyenkor zt mondjuk, hogy τ felosztás τ felosztás finomítás. A tételt elsö részét úgy is megfoglmzhtjuk, hogy felosztás finomításávl z lsó közelítö összegek nem csökkenek, felsö közelítö összegek pedig nem nönek, második részét pedig úgy, hogy bármely lsó közelítö összeg kisebb vgy egyenlö, mint bármely felsö közelítö összeg. Bizonyítás. Az ) állítás igzolásához tegyük fel elöször, hogy τ csk eggyel több pontot trtlmz mint τ, zz legyen τ := τ { }, hol τ = { = < < < i < i <... n < n = b} és i < < i. Ekkor s(f, τ )-ből z s(f, τ ) úgy dódik hogy z m i ( i i ) tg helyett z m ( i ) + m ( i ) összeget írjuk,hol és m := inf{f() : i } m = inf{f() : i }. Mivel m, m inf{f() : i i } = m i, ezért m i ( i i ) = m i ( i ) + m i ( i ) m ( i ) + m ( i ) s így vlóbn s(f, τ ) s(f, τ ). Felhsználv M := sup{f() : i }, M = sup{f() : i } M i egyenlőtlenséget hsonlón dódik, hogy S(f, τ ) S(f, τ ). Az áltlános esetben τ -hez τ -nek egy-egy (τ -ben nem szereplő) pontját véve véges sok lépésben megkpjuk τ felosztást. Mivel most igzoltk lpján minden egyes lépésben s(f, τ ) nem csökken, S(f, τ ) pedig nem nő, ezért vlóbn fennállnk bizonyítndó s(f, τ ) S(f, τ ), S(f, τ ) S(f, τ ) egyenlőtlenségek. A b) állítást felhsználv most igzolt állítást és z () egyenlőtlenséget, következőképpen bizonyíthtó: () s(f, τ ) s(f, τ τ ) S(f, τ τ ) S(f, τ ) A () egyenlőtlenség lpján nyilvánvló, hogy bármely korlátos f : I R függvényre {s(f, τ) : τ F(I)} számhlmz felülről, {S(f, τ) : τ F(I)} számhlmz pedig lulról korlátos, tehát sup{s(f, τ), τ F(I)} és inf{s(f, τ), τ F(I)} léteznek és végesek.

38. A htározott integrál foglm 3. Definíció. Az I (f) := sup{s(f, τ) : τ F(I)} számot z f (Drbou féle) lsó integráljánk, z I (f) := inf{s(f, τ) : τ F(I)} számot z f Drbou-féle felső integráljánk nevezzük. Azt mondjuk, hogy z f : I R korlátos függvény (Riemnn- )integrálhtó (létezik z [, b]-n htározott integrálj), h I (f) = I (f). A közös I (f) = I (f) számot z f függvény Riemnnintegráljánk (röviden integráljánk) nevezzük, és z lábbi szimbólumok vlmelyikével jelöljük: I(f), b f, b f()d. Az [, b] intervllumon Riemnn-integrálhtó függvények hlmzát R[, b]-vel jelöljük. A fenti értelmezésből ()-es lpján következik, hogy: I (f) I (f). Figyelembe véve S(f, τ) és s(f, τ) geometrii jelentését kézenfekvő z llábbi: 4. Definíció. Azt mondjuk, hogy z F : [, b] R + függvény esetén H := {(, y) R : b, y f()} hlmznk ( z f : [, b] R függvény grfikonj ltti trtománynk vgy szubgrfikonjánk) vn területe, h f integrálhtó és kkor z b f számot H hlmz területének nevezzük: T (H) := b f()d. Az f : [, b] R függvény esetén K := {(, y) R : b, f() y } hlmznk kkor vn területe, h f integrálhtó és T (K) := b f()d. A következökben kiszámítjuk definíció lpján néhány egyszerű függvény [, b]-n vett htározott integrálját, h létezik.

. Htározott integrál 39 3 4 5 PSfrg 8 replcements O y y = f() H b T (H) = b f()d (.3 ábr).3. Műveletek integrálhtó függvényekkel Két függvény összegének és egy függvény számszorosánk integrálhtóságár vontkozik z lábbi tétel. 4. Tétel. Tegyük fel, hogy z f, g : [, b] R, függvények integrálhtók és legyen λ R. Ekkor f + g és λf is integrálhtó és b (f + g) = b f + b g, b (λf) = λ b f. 6. Tétel. (Intervllum szerinti dditivitás.) Legyen < b < c és f : [, c] R egy korlátos függvény. Az f függvény kkor és csk kkor integrálhtó, [, c]-n h f-nek z f := f [,b], f := f [b,c] leszűkítései integrálhtók és c f = b f + c b f. A tétel bizonyítását lásd []-ben.

4.3. Műveletek integrálhtó függvényekkel 3 4 PSfrg replcements O y y = f() 8 9 b c T = b f()d T = c b f()d T = T + T c f()d = b f()d + c b f()d (.6 ábr) A továbbikbn z [, c] intervllumon integrálhtó függvények hlmzát jelöljük R[, c]-vel, z f R[, c] függvény vlmely [α, β] [, c] intervllumr vontkozó f [α,β] leszűkítésének integrálj legyen z β α f. Az b f jelölés hsználtánál eddig feltettük, hogy < b. Az b f szimbolumnk = b és > b esetén is célszerű értelmet tuljdonítni. Erre vontkozik z lábbi 8. Definíció. Legyen f := és, h f R[b, ] b f := b f, > b. 7. Tétel. Legyen < b és f, g R[, b]. H f() g(), [, b], kkor b f b g. Mivel tetszőleges f R[, b] függvényre f() f() f(), ezért most bizonyított egyenlőtlenség lpján kpjuk, hogy b f() d b f()d b f() d, h < b. Innen dódik z lábbi Következmény. Tetszőleges f R[, b] függvényre ( < b esetén) b f b f.

. Htározott integrál 4 3 8 PSfrg replcements O 9 y y = f() b c M f(ξ) m T = b f()d = f(ξ)(b ), m(b ) b f()d M(b ) (.7 ábr) 4. Következmény Legyen f C[, b] és m = min{f() : [, b]}, M = m{f() : [, b]} és < b, kkor ) m(b ) b f()d (b )M, b) vlmint létezik olyn ξ [, b] úgy, hogy b f()d = f(ξ) (b ).4. Integrálhtó függvények 9. Tétel H f : [, b] R folytonos függvény, kkor integrálhtó.. Tétel. H f : [, b] R monoton, kkor integrálhtó..5. Newton-Leibniz-formul Az előző prgrfusbn bemuttott két péld jól muttj, hogy közvetlenül definíció

4.5. Newton-Leibniz-formul lpján z integrál kiszámítás legegyszerűbb függvények esetén is hosszdlms és bonyolult feldt. Az lábbi tétel lpján, ismerve z integrálhtó függvény egy primitív függvényét, z integrál egyszerűen meghtározhtó. Tétel. (Newton-Leibniz-formul): H z f[, b] R függvény integrálhtó és f-nek létezik F primitív függvénye, kkor b f = F (b) F (). Bizonyítás. Legyen τ = {,,..., n } z [, b] intervllum egy felosztás. A Lgrnge-féle középértéktétel szerint vn olyn ξ i ( i, i ) pont, hogy F ( i ) F ( i ) = F (ξ i )( i i ) = f(ξ i )( i i ) (i =,,..., n). Innen z F (b) F () számr következőt kpjuk: F (b) F () = n (F ( i ) F ( i )) = i= n f(ξ i )( i i ). Mivel inf{f() : [ i, i ]} f(ξ i ) sup{f() : [ i, i ]}, ezért i= s(f, τ) F (b) F () S(f, τ). Felhsználv ez utóbbi egyenlőtlenséget, és zt tényt, hogy f integrálhtó [, b]-n I(f) = sup{s(f, τ) : τ F[, b]} F (b) F () inf{s(f, τ) : τ F[, b]} = I(f) zz vlóbn b f = F (b) F (). Ezzel z állításunkt igzoltuk. A továbbikbn többször hsználni fogjuk [F ()] b := F (b) F () jelölést. A Newton-Leibniz-féle formulából egyszerűen következik htározott integrálr vontkozó ún. prciális integrálási szbály.. Következmény:(Prciális integrálás) H z f : [, b] R, g : [, b] R függvények differenciálhtók és f, g R[, b], kkor (6) b fg = f(b)g(b) f()g() b f g. Bizonyítás. Mivel (fg) = f g + fg és feltételek lpján f g + fg R[, b], ezért z f g függvényre lklmzhtó Newton-Leibniz-féle formul, következésképpen f(b)g(b) f()g() = b (fg) = b (f g + fg ) = b f g + b fg.

. Htározott integrál 43 Innen zonnl dódik (6) egyenlőség. Az előző tétel lpján egyszerűen dódik htározott integrálr vontkozó ún. helyettesítési tétel: 4. Tétel. (Helyettesítési tétel) Legyen f C[, b] és ϕ : [α, β] [, b] egy folytonosn differenciálhtó függvény. Ekkor ϕ(β) ϕ(α) f = β α (f ϕ)ϕ Bizonyítás. F () := Mivel f, (f ϕ)ϕ folytonos függvények, 3. Tétel lpján z ϕ(α) f(y)dy, (, b) G(t) := t utsítássl értelmezett függvények differenciálhtók és (7) F = f, G = (f ϕ)ϕ. α ((f ϕ)(y))ϕ (y)dy t [α, β] Megmuttjuk,hogy F (ϕ(t)) = G(t) t [α, β], honnn t = β esetén bizonyítndó állítást kpjuk. A közvetett függvény differenciálási szbályát felhsználv (7) lpján nyilvánvló, hogy (F ϕ) = (F ϕ)ϕ = (f ϕ)ϕ = G Következésképpen F ϕ G állndó. Mivel z F és G értelmezése szerint F (ϕ(α)) = ϕ(α) ϕ(α) f = = α α (f ϕ)ϕ = G(α), ezért vlóbn F ϕ G =. A helyettesítési tételből következik következő két állítás.. Következmény: Legyen f : [, ] R páros, integrálhtó függvény z [, ] intervllumon. Ekkor f()d = f()d. 3 4 PSfrg replcements O y f( ) = f():, [, ] 6 f()d = f()d f()d = f()d

44.5. Newton-Leibniz-formul (.9 ábr) Bizonyítás. Az f()d integrált z = ϕ(t) = t, t [, ] változócserével lkítjuk át. Figyelembe véve, hogy f( t) = f(t), mjd z integrálási htárok felcserélésével kpjuk, hogy f()d = f( t)( )dt = f(t)dt = Felhsználv z integrál intervllum szerinti dditivitását f()d. f()d = f()d + f()d = f()d.. Következmény: Legyen f : [, ] R pártln integrálhtó függvény z [, ] intervllumon, kkor f()d =. y int T (. ábr) T PSfrg replcements y int T T T = T = f()d f()d Bizonyítás. Az f()d integrált z = ϕ(t) = t, t [, ] változócserével lkítjuk át, figyelembe véve, hogy f( t) = f(t), mjd z integrálási htárok

. Htározott integrál 45 felcserélésével kpjuk, hogy f()d = f( t)( )dt = f(t)dt = Felhsználv z integrál intervllum szerinti dditivitását f()d = f()d + f()d = f()d + f()d. f()d =..6. Megoldott feledtok.6.. Egyszerű feldtok Newton Leibniz formul lklmzásár Számítsuk ki következő htározott integrálokt:. 5 [ ] 3 5 d = = 53 3 3 3 3 = 4 3. 7 8 3 d = 7 8 3 d = [ 3 3 ] 7 8 = [9 4] = 3 3. 3. 4. π 3 π 4 3 d = [ln 3 ] = ln ln 3 = ln 3. π 3 π 3 sin tgd = π cos d = π 4 4 = ln ln = ln. (cos ) cos π d = [ln cos ] 3 = π 4.6.. Prciális integrálássl kiszámíthtó htározott integrálok H f, g : [, b] R differenciálhtók és f, g R[, b] kkor b fg = f(b)g(b) f()g() b f g.

46.6.3. Htározott integrál kiszámítás helyettesítéssel.. e d = e 3 ln d = (e ) d = [e ] e d = e [e ] = e e + = e e ( ) 4 [ 4 ln d = 4 4 ln = e4 4 e4 6 + 6 = 3e4 6 + 6 ] e e 4 [ e4 4 d = 4 4 6 ] e = 3. rctg d Mivel z integráljel ltt bszolútérték vn, ezért először felbontjuk z bszolút értéket. Felhsználv z integrál intervllum szerinti dditivítását következőt kpjuk: = rctg d = () rctgd + rctg d + () rctgd = rctg d = = [rctg] + + d + [rctg] = rctg( ) + = π + [ ln( + ) ] ( + ) + d + rctg [ ] ln( + ) = π ln + d = ( + ) + d = 4. π cos d π Mivel z integrndus páros függvény és [ π, π]-n integrálunk, ezért π π cos d = π cos d = = [ sin ] π 4 = 4[ cos ] π 4 π π π (sin ) d = sin d = 4 π (cos ) d = cos = 4π 4[sin ] π = 4π 5. π 4 sin d π Mivel z integrndus pártln függvény és [ π, π]-n integrálunk, ezért nélkül, hogy prciális integrálást egymás után négyszer lklmznánk,. következmény lpján következik, hogy z integrál értéke.

. Htározott integrál 47.6.3. Htározott integrál kiszámítás helyettesítéssel Amikor htároztln integrálbn nem z lpintegrálok vlmelyike szerepel z egyik leghtékonybb módszer z integrál kiszámításár z integrálás helyettesítéssel. Gykrn bonyolult integrndust lkbn lehet felírni. integrál: β α f(ϕ(t))ϕ (t)dt H z f és ϕ eleget tesz Tétel 4 feltételeinek, kkor fenti ϕ(β) ϕ(α) f()d. Formálisn: jelöljük = ϕ(t)-vel, d = ϕ (t)dt, z új htárok pedig ϕ(α) és ϕ(β) lesznek. Megtehetjük zt is, hogy htárok figyelembevétele nélkül helyettesítéssel kiszámítjuk z integrndus htároztln integrálját, mjd z eredményt visszlkítjuk z eredeti változó függvényévé és z eredeti htárokt helyettesítjük be. Azonbn ez utóbbi eljárás hosszdlmsbb. Példák:. Számítsuk ki z e dt integrált. e t ln t Tekintsük ϕ(t) = ln t, ϕ : [e, e ] [, ], folytonosn differenciálhtó függvényt. Kiszámítv deriváltját ϕ (t) =. Észrevesszük, hogy z integráljel ltti kifejezés t ϕ(t) ϕ (t) lkb írhtó. [ ] H tekintjük z f : [, ],, f() = kkor, z integráljel ltti kifejezés z f (t) ϕ(t) = ϕ (t)f(ϕ(t)) lkr hozhtó. Mivel z f folytonos, ϕ folytonosn differenciálhtó, tehát, ezért e e e t ln t dt = = e. Számítsuk ki π sin t + sin t dt. Tekintsük ϕ(t) = + sin t, ϕ : ϕ (t)f(ϕ(t))dt = d = [ln ] = ln. integráljel ltti kifejezést következő lkbn írhtjuk ϕ(e ) ϕ(e) f()d = [, π ] [, ], ϕ (t) = sin t cos t = sin t. Igy z sin t + sin t = ϕ (t) ϕ(t) = ϕ ϕ (t) ϕ(t). Legyen f() =, [, ].

48 3.. Síkidomok területe Mivel ϕ és f függvények eleget tesznek 4-es Tétel követelményeinek, ezért π sin t + sin t dt = π ϕ( π = f() ϕ (t) ϕ(t) dt = ) f()d = π ϕ (t)f(ϕ(t))dt = d = [ln ] = ln. 5. Számítsuk ki 4 + d. Legyen f() = +, [, 4] és tekintsük ϕ : [, ] [, 4], ϕ (t) = t, folytonosn differenciálhtó függvényt. Ekkor 4 + ϕ () d = f()d = f(ϕ (t))ϕ (t)dt = = ϕ () + t tdt. Ez utóbbi integrál kiszámítás egyszerűbb, h z + t = u, ϕ : [, 3] [, ], ϕ (u) = u = t, ϕ (u) = helyettesítést lklmzzuk ϕ (3) 3 + t tdt = + t tdt = u (u )du = = ϕ () [ 5 u 5 3 u 3 ] 3 = 8 5 (6 3 ). Ngyon sok esetben csk formálisn írjuk le változócsere lépéseit, például z előző integrál esetében ez így nézne ki: Jelöljük = t, h [, 4] kkor t [, ], = t, kkor d = t dt, így 4 + d = + t tdt. Jelöljük + t = u, h t [, ] kkor u [, 3], t = u, dt = du 3 + t tdt = u (u )du. A két egymásutáni változó cserét egy lépésben is elvégezhettük voln z y = + helyettesítéssel. Ennek elvégzését z olvsór bízzuk. 3. Az integrálszámítás lklmzási 3.. Síkidomok területe