公式推導
分部積分法:設及是兩個關于的函數,各自具有連續導數及,且不定積分存在,按照乘積函數求微分法則,則有存在,且得分部積分公式如下
證明:由
或
對上式兩邊求不定積分,即得分部積分公式,也将其簡寫為
如果将和用微分形式寫出,則亦可得出
上兩式就把的積分轉化為的積分,即将複雜的被積函數簡單化。
例如,要求,則依分部積分法則,令
如此
則按上述公式有
四種典型模式
一般地,從要求的積分式中将湊成是容易的,但通常有原則可依,也就是說不當的分部變換不僅不會使被積分式得到精簡,而且可能會更麻煩。分部積分法最重要之處就在于準确地選取因為一旦确定,則公式中右邊第二項中的也随之确定,但為了使式子得到精簡,如何選取則要依的複雜程度決定,也就是說,選取的一定要使比之前的形式更簡單或更有利于求得積分。依照經驗,可以得到下面四種典型的模式。記憶模式口訣:反(函數)對(數函數)幂(函數)指(數函數)三(角函數)。
模式一
通過對求微分後,中的比更加簡潔,而與的類型相似或複雜程度相當。
例如,對于形如的不定積分(其中為次多項式),由于對多項式求微分可以降次,且三角函數或指函數的積分則較容易求得,所以可以令,而将另一個函數看成通過分部求得積分。
例如 求
首先,
對該式第二項再按此模式進行分部積分,得
故原式
模式二
通過對求微分使得它的類型與的類型相同或相近,然後将它們作為一個統一的函數來處理。例如對形如
等的積分,總是令,則則為一個次的多項式,另一個函數(等)看成。通過分部積分,很容易求出不定積分。
例如,求
而該式第二項為
故原積分式
模式三
利用有些函數經一次或二次求微分後不變的性質,通過一次或二次分部積分後,使等式右端再次産生
隻要它的系數不為1,就可以利用解方程的方法求出原積分。
例如,對于積分
按法則對他們進行分部積分得
這樣,所求積分均由另一個積分所表示出來,将這兩式相加和相減(即解方程)得到所求積分表達式
以及
這兩個通用表達式就可以求出該類型的所有積分式,比如
模式四
對某些形如的不定積分,利用分部積分可降低的次數,求得遞推公式,然後再次利用遞推公式,求出。
例如,對于積分
當時,
當時,
而該式的第二項又可變換為
将其帶入上式,則得到
故
最後,得到統一的遞推關系式
定積分
與不定積分的分部積分法一樣,可得
簡寫為
例如
示例
例1:
例2:
回代即可得到的值。