Раздел III. Неопределённый интеграл — § 5. Интегрирование различных трансцендентных функций
Демидович — задача 2107
Б. П. Демидович, «Сборник задач и упражнений по математическому анализу». Условие, подробное решение и ответ.
Найти интегралы, содержащие функции lnf(x), arctgf(x), arcsinf(x), arccosf(x), где f(x) --- алгебраическая функция:
Задача 2107
∫xarcsin(1−x)dx.
Ответ:42x2−3arcsin(1−x)−4x+32x−x2+C
Решение
Начнем с того, что занесем x под дифференциал:∫xarcsin(1−x)dx=21∫arcsin(1−x)d(x2)Возьмем по частям:21x2arcsin(1−x)−21∫x2d(arcsin(1−x))Раскроем дифференциал:21x2arcsin(1−x)−21∫x2⋅1−(1−x)2−dxПосле вынесения минуса получаем:21x2arcsin(1−x)+21∫1−(1−x)2x2dxТеперь надо рассмотреть оставшийся интеграл. Для этого введем замену t=1−x, чтобы в дроби оставалась производная от арксинуса. Получим:∫1−t2−(1−t)2dtРаскроем скобки в верхнем выражении:−∫1−t2(1−2t+t2)dt=∫1−t2(−1+2t−t2)dtЧтобы найти уже этот интеграл, нужно разбить его на сумму нескольких. Для начала, выделим в числителе такое же выражение, как и в знаменателе под корнем, чтобы избавиться от t2:∫1−t2(−1+2t−t2)dt=∫1−t2[(1−t2)+2t−2]dt=∫(1−t2+1−t22t−2)dtВ оставшейся дроби будем отделим 2t, так как нам будет удобно потом заносить его под дифференциал. Получаем сумму из трех интегралов:∫1−t2dt+∫1−t22tdt−2∫1−t2dtБудем рассматривать их по очереди. Начнем с первого.
1)Здесь нам поможет все то же интегрирование по частям, чтобы опустить корень в знаменатель:∫1−t2dt=t1−t2−∫td(1−t2)=t1−t2+∫1−t2t2dtВ оставшемся интеграле выделим целую часть:∫1−t2t2dt=−∫1−t2dt+∫1−t2dtВидим, что интеграл выразился сам через себя. Получаем:∫1−t2dt=2t1−t2+21arcsint+C2) Занесем числитель под дифференциал, после чего интеграл становится совсем простым:∫1−t2tdt=−21∫1−t2d(1−t2)=−1−t2+C3) Последнее слагаемое представляет собой табличный интеграл:∫1−t2dt=arcsint+CСоберем все найденные функции вместе с нужными коэффициентами, чтобы получить решение рассматриваемого промежуточного интеграла:2t1−t2−231−t2−2arcsint+CНаконец, остается вернуться к переменной x и записать итоговый ответ. Сразу покажем его уже в упрощенной форме.