Příklady na integrování racionálních lomených funkcí s proměnou x a s proměnou sin(x) a cos(x), které se substitucí převedopu na předchozí případ, pro cvičení s obecnými poznámkami v úvodu. Poznámka: komentáře k příkladům byly generovány algoritmicky s použitím programu Maple. Někde se například najde výpočet / Odx, ktrý není třeba podrobně studovat ani provádět pomocí substituce uvedené v komentáři. Maple rovněž používá při výpočtech funkce arcus tangens hyperbolický, který my nepoužíváme a rozepisujeme jej pomocí logaritmů. Mocninu funkce, kterou obvykle značíme fn(x) značí maple f(x)n. Maple také nepíe u primitiovních funkcí integrační konstanty. Já jsme je v tomto textu nedoplääoval, ale vy je, prosím důsledně pište, není dobré je zapomínat, jak ukazují rozdílné tvary výsledku hned v prvním integrálu. Prostudování následujících příkladů je dosti dobrou průpravou ke zkoušce. Pokud je však vyřešíéte sami a pouze si zkontrolujete výsledky, příp. výpočty, je to průpravou ke zkoušce mnohem lepší. Tyto příklady vám přenechávámk samostudiu. Ve cvičeních se pak budeme podrobněji zabývat jen těmi příklady u jejichž výpočtů budete mít nejasnosti. ■ dx (x — a)r substituce := x — a *<-"> dx bx + c 1 [ 2x — 2u f bu + c ■ dx = — b / ——:-------------------------------—— dx + / —-----------—--------;rr— dt ((x — u)2 + v2)n 2 J (x2 — 2ux + u2 + v2)n J ((x — u)2 + v2) 1 , f 2x-2u — b —-r----------------------—— dx 2 J (x2 -2ux + u2 +v2)n substituce := x2 — 2ux + u2 + v2 = t *(-"> dt bu + c dt převede výpočet na integrál: ((x — u)2 + v2y substituce := x — u = v t ddt (ť2 + 1)' pro který máme odvozený rekurentní vztah: 1 l(n — l)t K(n) = - (2 n - 3) (n - 1) K(n - 1) + - (^+ ^_1}, K(l) = arctg(t) tedy K(l) = arctg(ŕ) K(2) = l arctg(t) 2 ÖW 2 t2 + 1 K(3) = -aictg(í) + - 2 2 ÖW 2 t2 +1 (t2 +1) T,.,, 45 M 45 í 15 t 3 t K(4) = — arctg(t) + — --— + — —-—- + - 4 bW 4 ť2 + 1 2 (t2 + l)2 2 (t2 + 1) K(5) = ^ arctg(í) + ^ -±- + 105 -^— + 21 ■ ' 3 2 " " bW ' 2 t2 + 1 (t2 + l)2 (t2 + l)3 (t2 + l)4 1 (x — l) dx (x2 -íy1 = 1/2 (x - íy1 - 1/2 (x + íy1 [j (x2 - íy1 dx = /1/2 (x - 1y1 -1/2 (x + 1y1 dx = f 1/2 {x-iy1 dx+l-l/2 {x + iy1 dx,$l/2 {x-iy1 dx, ' substituce: ' ,t = 2x-2, f 1/2t^dt =| l/2 1n(ŕ) = l/2 1n(2x-2),/-l/2 (x + l)_1dx, ' substituce: ' ,t = 2x+2, J-1/2^dt = -1/2 ln(ŕ) =| -l/2 1n(2x + 2)] (x2 - l)_1 dx = 1/2 ln(x + 1) + 1/2 ln(l - x) Pozn.: ln(2x + 2) = ln(2(x + 1)) = ln(x + 1) + ln(2) a / f(x)dx = F (x) + c, takže ln(2) lze zahrnout do integrační konstantz a funkce x i—> ln(2x + 2)axn ln(x + 1) jsou primitivní k téže funkci, což lze ověřit derivováním. [x — 2 x + l) dx (x2 -2x + l)_1 = (x- l)~2[/(x- l)~2dx, ' substituce: ' ,t = x-1, Jt-'2dt = -t"1 = - (x - l)-1 ,resi]| (x — 2 x + l) dx = — (x — 1) /(x'-^ + lO^-lOx' + .x-l)-* (x5-5x4 + 10x3-10x2 + 5x-l) ^(x-1) 5[/(x-l) 5dx, ' substituce: ' ,t = x-1, Jt~5dt =| -l/4t-4 = -1/4 (x - l)-4 , resi] (x5 -5x4 + 10x3 -10x2 + 5x-l)_1dx = -1/4 (x - 1)~4 (x' + l) dx (x2 + l) X = (x2 + l) 1[/(x2 + l) X dx = jOdx + j(x2 + l) X dx, '----',/Odx, ' substituce: ' ;í = x2 + l,/0dt = 0 = 0, '----' ,f(x2+ iyX dx, ' substituce ' ,x = t, j (t2 + l)_1 dt = arctan(í) = arctan(x)] V + ir^arcWx) (x4+2x2 + l)_1dx (x4 + 2x2 + l)_1 = (x2+ iy'2[j(x2 + iy2dx = j'0dx +j(x2+ iy'2dx, '- -' J'Odx, ' substi tuce: ' ,t = x2 + l,j0dt = 0 = 0, '----' , |(x2 + l)~2 dx, ' substituce ' ,x = t, j (t2 + l)_2 dt ■ I/2 t4r + 1/2 arctan(í) = 1/2 -J^ + 1/2 arctan(x), resi] (x4 + 2x2 + iyX dx = 1/2 -^-— + 1/2 arctan(x) xz + 1 (x + 4 x + 5) dx (x2 +4x + 5)_1 = (x2 +4x + 5)_1 [|(x2 +4x + 5)_1dx = |0dx + /(x2 +4x + 5)_1 dx, '----' , jOdx, ' substituce: ' ,t = x2 + 4x + 5, JOdt = 0 = 0,'--' , |(x2 + 4x + 5)~ dx, ' substituce ' ; x = t — 2, J (t2 + l) dt = arctan(t) = arctan(x + 2), resi] (x2 + 4 x + 5) dx = arctan(x + 2) r2 + 4 x + 5 dx £2+4 a+5 ' substituce -dx substituce Jl/2^^r5dx+J-2(x'+4x + 5)-1dx/- - sin(x) = 2sin(x/2) cos(x/2) = 2tg(x/2) cos2(x/2) = l+tg2(a;/2)' 1/2cos2(a;/2)^X = "'t' • /-----— dx, : • J cos (x) , substituce :, sin (x) = t, ------— dx = /-------- dt, J cos (x) JI- t2 ■ dx = / — —------- + —------- dx = / — —------- dx + / —------- dx) , / — —------- dx, 1-x2 \J 2x-l 2x + l J 2x-l J 2 x + 1 J J 2x-l substituce: t = 2 x — 2, /-------dt = i — In (t) = — In (2 x — 2) I , /----------dx, substituce: J 2 t \ 2 w 2 v J) J 2 x + 1 t = 2 x + 2, /----dt = [ - In (t) = - In (2 x + 2) J , /-------- dx = arctanh (x) = 1/2 In (x + 1) - 1/2 In (1 - x) 1 . . /1 + sin (x) ■ dx = m ' cos (x) \ cos (x) Pozn.: In (2x + 2) = In (2 (x + 1)) = In (x + 1) + In (2) a / / (x) dx = F (x) + c, takže In (2) lze zahrnout do integrační konstantz a funkce x i—> In (2x + 2) a x i—> In (x + 1) jsou primitivní k téže funkci, což lze ověřit derivováním. fsm(x) + cos(x) , • /-----------—-------dx, : • J cos (x) 4 /sin (x) + cos (x)2 ft + l-t2 , substituce :, sin x = t, ------------—-------dx = /----------— at, 'J cos (x) J I-ť2 x + i-x2 , /r i i ii, r , /• i i , ľ i i , -----------— dx = / 1---------------------------ax = / 1 ax + /-------------ax + /-------------ax 1-x2 Vi 2x-l 2x + l J J 2 x - 1 J 2x + l 1 dx = x, /-------------dx, substituce: t = 2 x — 2, /-------dt = í — In (t) = — In (2 x — 2) ) , / jLi Ju J. / iL V \ Zj Zj / ----------- dx, substituce: t = 2 x + 2, / - - - dt = [ —- In (ŕ) = —- In (2 x + 2) J 2 x +1 J 2 t \2 2 x + l-x2 1 1 /" sin (x) + cos (x) ... . dx = — m (x — 1J + x-----m (x + 1), /-----------——-------dx = —In (cos (xJJ + srn (x) 1 — x2 2 2 j cos (x) cos (x) sin (x) + cos (x) dx, : • 2 ""*'' f cos (x) /"l /"l , substituce :, sin (x) = t, ---------------------^ dx = /------------ dt, /------------------- dx, W i sin (x) + cos (x)2 J t + 1 - t2 'j -x - 1 + x2 substituce: t = V—x — 1 + x2, CS^ : dt =ŕ-?V5 arctanh ŕ ^ ^ ~-- - 2-^......- ŕ ^ (, = csgn (t) = — - V5 arctanh - V5 + 4í2y 5 v- ' tV5 + 4t2 \ 5 l V5 + 4Í2 / 5 l Vl-4x + 4 /x + l1-^dc = |V5arotaDh(l ("1 + 2X) ^)'/^ cos (x) ■ dx (x) + cos (x) 2 -í-HH-(H-MH-) 2 - Vo In tan í - x J + tan í - x J + v5 tan í - x ) + 1 arctanh (x) = 1/2 In (x + 1) — 1/2 In (1 — x), csgn=signum. ."sin (x) cos (x) , 1 + sin (x) sin (x) cos (x) ľ t i + sin (x)4 x"yTTt4 ... / Dili \^J V^*_»D \^J . IT substituce :, sm (x) = t, j —------;—-—— dx = j 1 | M dt, x dx = I / -A —-----^---------\ —-----^------dx = %2 + %11 , %2 = / Odx + %2, 1 + x4 y4x2-xv/2 + l 4x2+xy/2 + l -\ -,/0dx,substituce:í = 4x2-4xV2 + 4,(/0dí = 0)=0,-\ /T F) ---------------------=-------dt = ( 8t2 - 12 It y/2- 10 - ^ I\n (20 + 16ŕ - 8t V2) +iarctan(i Í4ŕ - V2) V^J + ^ /In (20 + 16í2 + 8í V2) ^arctan(i (4í + Vž) Vŕj = -*Jln (20-4 f-x + 2v^V-2 (-x+ 2^2) V^V^ + - arctan ( - ((-x+ 2 VŽ) yf^l - \p2\ V2 + -/ln f 20-4 f-x + 2v/2N) + 2 (-x + 2 V2) y/^4 V2 - i arctan (1 ((-x + 2 V^j y^ + ^2)^2), %1 = í O dx + %1, -\ -,/<>*, substituce: « = 4*> + 4*,/ž + 4. (/o* = o) =0.-\ —, %1, substituce , x = v^4r — 2 V2, /-----------------7=-------dt = ( J 8ť2 + 12ItV2-10 ^ I\n (20 + 16t2 - 8t VÍ) + i arctan í i Ut - Vt\ V^J - ^Jln f20 + 1612 + 8 í V2 -i arctan (i Ut + V2) Vŕj = ^ Jln (20 - 4 (-x-2v^V -2 f-x - 2 Vž) v^V^ + - arctan ŕ - í í-x - 2 VŽ) V^é - VŽ) \Í2 --/In (2O-4 Í-X-2V2) + 2 (-x - 2 V^) V73? V2 - - arctan í - ŕ ŕ -x - 2 V2 J V^4 + \Fž\ V2j , / 4 dx = - arctan (x2) , "sin (x) cos (x) 1 / 2 --------------— dx = — arctan 11 — cos (x) 1 + sin (x) 2 V %1 := í - I ^ -----dx J 4x2+xV2 + l %2:= Í]-—^L----dx J 4. x2 -X-J2 + I 2 dx, : • 1 + 3 cos (x) 1 • ť2 , substituce :, tg (x) = t, cos (x) = —-----, sin (x) = —-----, dx = cos (t) dt, 1 f 1 ľ 1 ľ ľ 1 --------t; dx = —------dt, / —r------dx = / 0 dx + / —t------dx, — \ 2 I +2 j_ A ' I t-2 t A I I ~2 1 a ' \ i + 3cos(x)2 y t2+ 4 'y x2+ 4 y y x2+ 4 0 dx, substituce: t = x2 + 4, ( / 0 dt = 0 j = 0, -\ y x2+4 y 2t2 + 2 V2 2 V4 1 , i n i ■ dx = — arctan — x , x2+4 2 V2 /----------------TT dx = — arctan í 2 tan í - x I — V3 I + - arctan í 2 tan í - x I + V3 y l + 3cos(x)2 2 V V2 J J 2 V V2 J f 2 — sin (x) • / ----------—— dx, : • J 2 + cos (x) 1 \ , N t , N 1 -12 , dt substituce :, tg I — x = t, sin (x) = 2 —-----, cos (x) = —-----, dx = 2 2 ) ' w t2 + ľ w t2 + ľ t2 + ľ 2-sin (x) /• t2 + l-t dx = / 4 —------——;------- dt, 2 + cos (x) y (í2 + 3) (t2 + 1) ' x2 + 1 — x f f x + 2 x /"<-, x + 2 7 /" ^ x 4 TT-r------. .------- dx = / 2 —r---------2 —r------dx = 2 —-----ax + / — 2 —r------dx (x2 + 3) (x2 + 1) \J x2 + 3 x2 + 1 y x2 + 3 y x2 + 1 x + 2 , /"„x 7 f 4 2 —r------dx = / 2 —-----dx + —------dx, —\ x2 + 3 / x2 + 3 / x2 + 3 x x2+3 dx, substituce: t = x2 + 3, í / - dt = In (t) J = In (x2 + 3) , —\ dx, substituce , x = v 31, x2+3 f - arctan (t) V3 = - arctan f - x V3 I V3 3í2 + 3 V3 3 V3 ' 4^-dt dx x2 + 1 dx + / O dx, —\ — dx, substituce: t = x2 + 1, í /-----dt = —In (t) J = —In (x2 + l) , —\ x + 1 — x . . „ . dx = In (x2 + 3) H— arctan f - x V3 I V3 — In (x2 + l) , (x2 +3) (x2 + 1) v ' 3 V3 / P -Sin (X) , , / íl V \ 4 r- íl íl \ r-\ , / /l /----------—^ dx = In tan - x + 3 + - v 3 arctan - tan - x v 3 — m tan - x Í2 + cos(x) y \2 J J 3 \3 \2 J J \ \2 ■ dx, : • J 1 + cos (xY 1 • ť2 , substituce :, tg (x) = t, cos (x) = —------, sin (x) = —------, dx = cos (t) dt, t2 + 1 t2 + 1 ■ dx ■ dt. 1 + cos (x)2 ~ J ť2 + 2 ' J x2 + 2 —, / Odx, substituce: t = x'2 + V2 dx = / 0 dx + 2, í Í0dt = 0j =0,-\ —r------dx, substituce , x = t y 2 x2 + 2 2 ■ dt = ( - arctan (t) \/2 = - arctan í - x V2 ) \Í2 / —------dx = - arctan f - x V2 ] V2, /--------------ô dx = - V21n x2+2 2 \2 J \J l + cos(x)2 8 'tan fix j +%l + r V tan ( - x U + l 7 - - V^ arctan (%1 + 1) + - V2 arctan (%1 - 1) + - V^ln 'tan(^x) -%i + r ól + l tan ( - x %1 :=tan (-xjVŽ 1-x2 dx x + 2 1-x2 sin (x) 2 + cos (x) dx, : • 7 /n /"sin (x) , substituce :, cos (x) = t, ------------—— dx w 7 2 + cos (x) dx = / — x dx + / 2 dx + -x + 2 x + 2 •1-t2 ŕ + 2 3 dt, x + 2 r 2 x + 2 dx, substituce : , t = x + 2, í - - dt = (-3 In (t) = -3 In (x + 2)) x + 2 dx = —x2 + 2x -3In (x+ 2), r sin(x)3 , / / íl \2 \ íl ----------—— dx = 3 m tan - x +3 tan - x 2 +cos (x) l l V2 Z ) V2 7 + 6 In I tan ( - x J +3 tan í - x J + 3 In tan í - x J +31 — 3 In í tan í - x J +1 tan í - x ■ 6 In | tan ( - x J + 1 J tan í - x J — 3 In í tan í - x ) + 1 ) — 6 tan ,'l + sin(x) • / --------—— dx, : • H -4/(tan(r) +1) cos (x) . , , ľ l + sin (x)2 7 fŕ + 1 7 , substituce :, srn (x) = t, --------—— dx =-------- at, w J cos (x) J 1 - t2 -------- dx = / — 1------------1---------dx = / — ldx + /----------dx + / -------dx) , —ldx= —x, l-x2 \J x-lx + 1 J J x-l J x + 1 J ' J 1 ľ 1 ľ 1 —-dx, substituce: t = x — 1, /-----dí = (— In (t) = — In (x — 1)), /------- dx, substituce: - 1 J t J x + 1 íl í x2 + 1 t = x + 1, / - dí = (In (t) = In (x + 1)), /-------- dx = —x — In (x — 1) + In (x + 1), J t J 1 - x2 l + sin(x)2 /l + sin(x)\ . --------—— dx = 2 In-----------— - sin (x) cos (x) \ cos (x) J