积分 x 的幂时,先把幂加一,再除以新的幂:∫xⁿ dx = xn+1/(n + 1) + c,其中 n ≠ −1。常数系数原样保留。
这是每道积分题里的基本功。它接在由导数和一个点还原函数之后,需要用到之前附加数学学过的指数运算。
遇到不好处理的幂怎么办?
积分之前,先把每一项写成“数字乘以 x 的幂”。之后每次都用同一条规则。
| 原式 | 写成幂 | 积分 |
|---|---|---|
| x⁴ | x⁴ | x⁵/5 |
| 1/x³ | x−3 | x−2/(−2) = −1/(2x²) |
| √x | x1/2 | x3/2/(3/2) = (2/3)x3/2 |
| 1/√x | x−1/2 | x1/2/(1/2) = 2√x |
除以一个分数,等于乘以它的倒数。所以除以 3/2 就得到系数 2/3。
积分整个式子的步骤
- 展开或拆开,让每一项都是常数乘以单一的幂。
- 逐项积分,保留系数。
- 小心化简系数,尤其是有负数和分数时。
- 最后只加一次 + c。
例题详解
求 ∫(6x² − 4/x³ + 3√x) dx。
第一步,改写: 6x² − 4x−3 + 3x1/2。
第二步,逐项积分:
- 6x² 得 6 × x³/3 = 2x³。
- −4x−3 得 −4 × x−2/(−2) = 2x−2。
- 3x1/2 得 3 × x3/2/(3/2) = 3 × (2/3)x3/2 = 2x3/2。
第三步,合并:
2x³ + 2/x² + 2x3/2 + c
第四步,检验: 对答案求导,得 6x² − 4x−3 + 3x1/2,正是原来的式子。
要留意的错误
常见的失误是新的幂为负数时丢掉负号。
错误答案: ∫4/x³ dx = 4x−2/2 = 2x−2 + c
新的幂是 −2,所以除数是 −2,不是 2。负号被漏掉了。
正确答案是 4x−2/(−2) = −2x−2 + c。化简之前,把除数连同符号放进括号,例如“÷ (−2)”。对 −2x−2 求导得 4x−3,可以证实。
自我检测
先在纸上试做,再打开答案核对。
1. 求 ∫(5x⁴ − 2x) dx。
查看答案
5x⁴ 得 x⁵,−2x 得 −x²。x⁵ − x² + c
2. 求 ∫(1/√x) dx。
查看答案
1/√x = x−1/2。幂加一得 x1/2,再除以 1/2 得 2x1/2。2√x + c
3. 先展开,再求 ∫(x + 1)² dx。
查看答案
(x + 1)² = x² + 2x + 1。积分得 x³/3 + x² + x。x³/3 + x² + x + c
下一步
接下来,在使用代换形式的逆向求导中把这个思路扩展到括号。最后一定要用求导检验原函数。微积分形状与变化率探索器和无计算器运算训练很适合用来练习。
如果分数和负指数总是拖慢你,附加数学线上一对一补习的老师可以带你把每一项先改写成幂,再积分,直到这一步不用再想。