Metoda per partes Robert Mařík a Lenka Přibylová 28. července 2006 ©Lenka Přibylová, 2006 Q Obsah Metoda per partes 4 J (x + 1) lnxdx............................. 4 J xsinxdx................................ 12 J(x~2) sin(2x) dx........................... 18 J xarctgxdx .............................. 25 j hxxáx................................. 31 Vícenásobná per partes 37 j (x1 + 1) sinxdx............................ 37 y (x2 + l)e"xdx............................. 47 J ln2 x dx................................. 55 esi q 13 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Q x3 sin xdx............................... 64 (x3 +2x)e~x dx............................ 68 Řešení pomocí rovnice 72 ex cos xdx............................... 72 ©Lenka Přibylová, 2006 Q Metoda per partes bei q q rag ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J (x + 1) - In x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x ur v' = x + 1 v = Integrujeme per partes pomocí vzorce u • vf dx = u • v — / u' - v dx kde u = ln x a z/ = x + 1. v_ EBH El q 133 ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x + 1) - In x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x u' = - x X' v' = x + 1 v = — + x Integrujeme per partes pomocí vzorce u • v' dx = u • v — / u' - v dx kde u = ln x a v' = x + 1. v_ EBH El q 133 ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x + 1) - In x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x 1 u = - ix X' v' = x + 1 v - — + x — ln x + X - - \ í T x \ 2 + x i dx Integrujeme per partes pomocí vzorce u • v' dx = u • v — / u' - v dx kde u = ln x a z/ = x + 1. v_ EBH El q 133 ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x + 1) - In x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x 1 u = - x X' v' = x + 1 v = — + x — ln x + X - - \ í T x \ 2 + x i dx X' + x i ln x — -x + 1} dx j Roznásobíme závorku. eBB q rag Vypočtěte J (x + 1) - ln x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x 1 u = - x X' v' = x + 1 v = — + x — ln x + X - - x \ 2 + x ) dx + x ) ln x — -x + 1} dx X' + x ln x — - 1 X' 2 2 + x) + c Dokončíme integraci. ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J (x + 1) - ln x dxj (x + 1) lnxdx = u = ln x vf = x + 1 = ln x X' X' 1 u = - x X' v = — + x + x - - X' x \ 2 + x ) dx + x ) ln x — -x + 1} dx + x ln x — - 1 r 2 2 + x) + c X' + x ) ln x — -x — x + c ©Lenka Přibylová, 2006 Q ©Lenka Přibylová, 2006 Q x • sin x dx u = X u' = v' = sinx v — Integrujeme per partes pomocí vzorce u - v1 dx = u • v — I u' - v dx kde a — x a v' — sin x. v_^__ ESI El q (F) Lenka Přibylová, ZUUb x • sin x dx u = X u' = 1 v' = sinx 17 = — COS X Integrujeme per partes pomocí vzorce u - v1 dx = u - v — I u' - v dx kde a — x a v' — sin x. v_^__ EEI El q (F) Lenka Přibylová, ZUUb x • sin x dx u = X u' = 1 v' = sinx z? = — cos X = —x cos x — j 1 • (— cos x) dx Integrujeme per partes pomocí vzorce u - v1 dx = u - v — I u' - v dx kde a — x a v' — sin x. v_^__ ESI El q (F) Lenka Přibylová, ZUUb x • sin x dx u = x u' = 1 v' = sin x 17 = — COS X = —x cos x — j 1 • (— cos x) dx = — x cos x + / cosxdx Upravíme. ©Lenka Přibylová, 2006 x • sin x dx u = x u' = 1 v' = sin x 17 = — COS X = —x cos x — j 1 • (— cos x) dx = — x cos x + J cosxdx = —x cos x + sin x + c Integruje druhou část: J cos x dx = sin x sol d ia 138 ©Lenka Přibylová, 2006 Yypoč^ Funkce je součinem polynomu a sinu —> per partes. Yypocfö (x — 2)sin(2x) dx = u = x — 2 u' = v' = sin(2x) v = Integrujeme per partes pomocí vzorce u - v' dx = u - v — / u' - v dx kde u — x — 2a z/= sin(2x) bei El 131 138 ©Lenka Přibylová, 20061 Yypoč^ (x — 2)sin(2x) dx = u — x — 2 u' = 1 v' = sin(2x) v = —-cos2x /flätí z? = j v' {x) dx = y4 sin(2x) dx = — ^ cos(2x), protože sin x dx = — cos x a /Yax + b) = -F(ax + b). a EBi ej q igg ©Lenka Přibylová, 20061 Yypočtě^ (x — 2)sin(2x) dx = u - x — 2 u' = 1 v' = sin(2x) v - — - cos 2x 2 (x -2) • ( --cos(2x) - / 1- — - cos 2x I dx u • vf dx = u • v — / w' • v dx 2EJ q q 18!^^^^^^^7rST,pnka Přibylová. 2006 Yypočtě^ (x — 2)sin(2x) dx = u = x — 2 v1 = sin(2x) u! = 1 v = — -cos 2x 2 (x — 2) • ^— ^ cos(2x)^ — y 1 • ^— ^ cos2x^ dx 1 lr — - (x — 2) cos(2x) + 2 / cos ^x ©Lenka Přibylová, 2006 Yypočtě^ (x — 2)sin(2x) dx = u = x — 2 v1 = sin(2x) u! = 1 v = — -cos 2x 2 (x - 2) • ^-^ cos(2x)^j - J 1 • ^-i cos2x^j 1 1 r — - (x — 2) cos(2x) + 2 / cos ^x 1 11 — - (x — 2) cos(2x) + 2*2 s^n(^x) + c dx Platí J cos(2x) dx = ^ sin(2x), protože 3BI BI IS cos xdx = sin x a //(ax + b) = -F(ax + b). J (X ©Lenka Přibylová, 20061 Yypoč^ (x — 2)sin(2x) dx = u = x — 2 v1 = sin(2x) u! = 1 v = — -cos 2x 2 (x - 2) • ^-^ cos(2x)^j - J 1 • ^-i cos2x^j 1 1 r — - (x — 2) cos(2x) + 2 / cos ^x 1 11 — - (x — 2) cos(2x) + 2*2 s^n(^x) + c 1 1 — - (x — 2) cos(2x) + - sin(2x) + c dx Upravíme. EEI El 13 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J xarctgxdx. EEI EJ q 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J xarctgxdx. x arctg x dx [ Jedná se o součin polynomu a funkce arkustangens. | Vypočtěte J xarctgxdx. j x arctg x dx u = arctg x u' = — & 1 + x- X' v — x v — Budeme integrovat metodou per partes. Budeme integrovat polynom a derivovat arkus tangens. EBJ El Q jgg (c)Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J x arctg xdx. u - arctg x u - 1 + x: x arctg x dx v — x v — xz 1 r xL = — arctg x - ---~ 2 6 2 J 1 + x2 dx uvf dx = uv — J u!v dx g| q ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J x arctg x dx. j x arctg x dx u = arctg x u — v — x 1 + x: X' v = XZ 1 ľ XL = — arctg x - ---~ 2 6 2 y 1 + x2 dx x 1 ľ, 1 j = — arctg x — - / 1 —--ô dx 2 6 2 J 1 + x2 Racionální funkci, která není ryze lomená, dělíme: (x2 + l) -1 x2 + l X2 + 1 x2 + l X2 + 1 X2 + 1 = 1 - x2 + l bbi Ei la laa ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J x arctg xdx.j x arctg x dx u = arctg x u — 1 + x: V — X V — xz 1 r xL = — arctg x - ---~ 2 6 2J1 + X2 dx x2 1 r \ A = — arctg x — - / 1 —--~ dx 2 6 2 7 1 + x2 x2 1 / \ = — arctgx — - yx — arctgxj + c. K dokončení zbývá integrovat jedničku a jeden parciální zlomek. To provedeme pomocí příslušných vzorců. El 13 133 © Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte ©Lenka Přibylová, 2006 Q Funkci je součinem polynomu a logaritmické funkce: 1 • ln x dx. Integrujeme per partes při volbě u = ln x a vf = 1. EEJ Q Q JSa^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^*^^^™ (rU,pnka Přibylová. 20061 u - v' dx = u - v — / u' - v dx Užijeme vztah — x = 1. x u = In x u' = - 1 • In x dx x = x ln x — / 1 dx z/ = l 17 = x = xlnx — x + c 1 • ln x dx u = ln x uf = - vf = l x 17 = X = x ln x — / 1 dx x ln x — x + c x(lnx — 1) + c | Hotovo. EBl EJ Q 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Vícenásobná per partes bei q q rag ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdx ebi ej q igg ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdxj (x2 + 1) • sinxdx 2 i -i / U = X + 1 u = vf = sin x v = Funkce je součinem polynomu a funkce sinus. Budeme integrovat per partes podle vzorce u - v1 dx = u - v — / u' - v dx při volbě u = (x2 + 1) a v1 = sinx. ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdx (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + 1 t/7 = 2x vf = sin x z? = — cos x (x2 + l)' = 2x sin x dx = — cos x v_ ©Lenka Přibylová, 20061 (x2 + 1) • sinxdx u — x2 +1 u1 = 2x vf = sin x z? = — cos x = — (x2 + 1) cos x + 2 J x - cos x dx u • vf dx = u • v — j u' - v dx Konstantní násobek 2 a znaménko minus dáme před integrál. EH Q Jä~TBa^BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB^^^^^^^^^cll,er)ka Přibylová. 20061 Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdxj (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + 1 u1 = 2x vf = sin x v — — cos x = — (x2 + 1) cos x + 2 J x - cos x dx 1/ = x l/ = z/ = cos x 17 = | Ještě jednou integrujeme per partes. Nyní u — x a v' — cos x. ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdxj (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + l u' = 2x v' = sin x v — — COS x -(x2 + l)cosx + 2 J x • c u = x u' = 1 v1 = cos x v = sin x (c) Lenka ťnbylova, 20061 Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdxj (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + l u' = 2x v' = sin x v — — cos x -(x2 + l)cosx + 2 J x • c u = x u' = 1 v1 = cos x z; = sin x = — (x2 + 1) cos x + 2 ^x sin x — J sin x dx t/ • z/ dx = u - v — / u' - v dx ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x2 + 1) sinxdxj (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + l u' = 2x v' = sin x v — — cos x -(x2 + l)cosx + 2 J x • c u = x u' = 1 v1 = cos x z? = sin x = — (x2 + 1) cos x + 2 ^x sin x — J sin x dx = — (x2 + 1) cos x + 2 ^x sin x — (— cosx)^ + c Integrujeme sinus: J sin x dx = — cos x ©Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J (x2+ 1) sinxdx (x2 + 1) • sinxdx u = x2 + l u' = 2x v' = sin x v — — cos x -(x2 + l)cosx + 2 J x • c u = x u' = 1 v1 = cos x z? = sin x = — (x2 + 1) cos x + 2 ^x sin x — J sin x dx = — (x2 + 1) cos x + 2 ^x sin x — (— cosx)^ + c = (1 — x2) cos x + 2xsinx + c_ Upravíme. ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. J (x2 + l)-e~x dx [ Integruje ruje součin polynomu a exponenciální funkce. ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u = x2 + 1 u! = 2x vf = e x v = — e —x Integrujeme per partes. Polynom budeme derivovat a exponencielu integrovat. Nezapomeňme, že Je x dx = —e ■X bei ei ia laa ©Lenka Přibylová, 2ÜÜ6 Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u - x2 + 1 u! = 2x vf = e x v — — e —x = - (x2 + l)e~x + 2 J xe~x dx Vzorec je u • v 1dx = u - v — u' - v dx Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u = x2 + 1 u! = 2x vf = e x v = — e —x (x2 + l)e~x + 2 J xe~x dx u = X u' = 1 v' _ e-x — T u = —c • Opět polynom krát exponenciální funkce. • Opět integrujeme per partes. Opět derivujeme polynom. (c) Lenka Přibylová, 20061 Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u = x2 + 1 u! = 2x vf = e x v = — e —x (x2 + l)e~x + lj xe~x dx u = X u' = 1 v' _ e-x — T z? — — e (x2 + l)e~x + 2^-xe~x + j e~x dx^j Vzorec pro červenou část je J uvr dx = uv — j urv dx, zbytek zůstane. bej Q Q JŠ^^MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM^~rc^)T,erika Přibylova. zwwhfa Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u = x2 + 1 u! = 2x vf = e x v = — e —x (x2 + l)e~x + 2 J xe~x dx u = X u' = 1 v' _ e-x — T u = —c = - (x2 + l)e~x + 2^-xe~x + J e~x dx^j = -(x2 + + 2(-xč~x - e~x) +c 3BI BI IS e J dx = —e x ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte J(x2 + l)e x dx. (x2 + l)-e~x dx u = x2 + 1 u! = 2x vf = e x v = — e —x (x2 + l)e~x + 2 J xe~x dx u = X u' = 1 v' _ e-x — T u = —c = - (x2 + l)e~x + 2^-xe~x + J e~x dx^j = -(V + + 2(-xč~x - e~x) + c = -e~x(x2 + 2x + 3) + c, | Vytkneme (—e x) ©Lenka Přibylová, 2006 Vypočtěte EEi ej q igg ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte J ln2xdx| u = ln2 x uf = / 1 • ln2 x dx v' = l v = r • Je zde součin polynomu a druhé mocniny logaritmu. • Upravíme funkci ln2x na součin (1) • (ln2x) a integrujeme per partes při volbě u — ln2 x a v1 — 1 ©Lenka Přibylová, 200č 1 • In x dx u = In x u' = 2 In x x z/ = l 17 = x (ln x)r = 21nx(lnxV = 21nx- x 1 dx = x 1 • In x dx u — In2 x u' - 2 In x x = x ln2 x — 2 J ln x dx v' = l v = x t/ • v' dx = t/ • v — I u' - v dx 1 • ln x dx u = ln2 x u' = z/ = l 21nx = x ln2 x — 2 J ln x dx v = x u = lnx uf = z/ = l 17 = Tento trik již známe: Napíšeme funkci ln x jako součin (1) • ln x a integrujeme per partes při volbě u = ln x a z/ = 1. ©Lenka Přibylová, 20061 1 • In x dx u = In2 x u' = 2 In x = x In2 x — 2 y ln x dx z/ = l v = x u = \nx iL = - x z/ = l 17 = x (ln*)' = - x 1 dx = x 1 • In x dx u = In2 x u' = 2 In x = x In2 x — 2 y ln x dx z/ = l v = x u — \rvx iĽ = - z/ = l x z? = x = x ln2 x — 2 ^x ln x — y 1 dx t/ • z/ dx = t/ • z? — / t/7 • v dx 1 • ln x dx u = ln x u' = 21nx x = x ln2 x — 2 y ln x dx z/ = l u = lnx z/ = l 17 = x x 17 = x = x ln2 x — 2 ^x ln x — y 1 dx = x ln2 x — 2 ^x ln x — x^ + c Dopočítáme integrál z jedničky. EEI Q Q 133 ©Lenka Přibylová, 2006 1 • ln x dx u = ln x u' = 21nx x = x ln2 x — 2 y ln x dx z/ = l u = lnx z/ = l z; = x x z; = x = x ln2 x — 2 ^x ln x — y 1 dx = x ln2 x — 2 ^x ln x — x^ + c = x ln2 x — 2x ln x + 2x + c Upravíme. Hotovo. EEI El 13 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Najděte J x3 sinxdx. j EEi ej q igg ©Lenka Přibylová, 2006 Q derivace_derivace_dprivarp_derivace U = Xú 3r 6x O x3 sin xdx = integrace integrace integrace integrace v' = sin x — cos x ^ — sin x' ^ cos x ^ sin x • Třikrát integrujeme per partes, ale všechno zapíšeme do jednoho schématu. v • Žlutá šipka reprezentuje derivování. Derivujeme až na nulu. • Červená šipka reprezentuje integrování. bbi bi ia ras 1ST ©Lenka Přibylová, 20061 x3 sin x dx = U = xú 3x 6x 6 0 v' = sin x — cos x — sin x cos x sin x = —x3 cosx—(—3x2 sin x)+6x cosx—6 sin x + c Násobíme ve směru šipek. Součinům ve směru žlutých šipek znaménko ponecháme, součinům ve směru červených šipek znaménko změníme a všechny součiny sečteme. ©Lenka Přibylová, 20061 Najděte j x3 sinxdx.j x3 sin x dx = U = Xú 3x2 6x 6 0 v' = sin x — cos x — sin x cos x sin x —x3 cos x—(—3x2 sinx)+6x cos x—6 sin x + c (—x3 + 6x) cos(x) + (3x2 — 6) sin x + c Upravíme. ©Lenka Přibylová, 2006 esi ej 13 133 ©Lenka Přibylová, 2006 Q (x3 + 2x)e xdx derivace derivace_derivace_derivace U = X3 + 2x 3x2 + 2 6x O v' = e x integrace --- integrace integrace integrace —e ■x e x e x r Třikrát integrujeme per partes, ale všechno zapíšeme do jednoho schématu. v Žlutá šipka reprezentuje derivování. Derivujeme až na nulu. Červená šipka reprezentuje integrování. bh h ia iaa ©Lenka Přibylová, 20061 (x3 + 2x)e xdx = -(x3 + 2x)e~x-(3x2 + 2)e~x+(-6xe~x)-6e~x + c Násobíme ve směru šipek. Součinům ve směru žlutých šipek znaménko ponecháme, součinům ve směru červených šipek znaménko změníme a všechny součiny sečteme. ©Lenka Přibylová, 20061 J (x3 + 2x)e~x dx u = x3 + 2x 3x2 + 2 6x 6 0 v' = e~x —e~x —e~x e-x = -(x3 + 2x)e~x-(3x2 + 2)e~x+(-6xe~x)-6e~x + c = -e~x(x3 + 2x + 3x2+ 2 + 6x + 6) +c = -e~x(x3 + 3x2 + 8x + 8) + c [ Upravíme._ EEI ej Q OS ©Lenka Přibylová, 2006 Řešení pomocí rovnice ©Lenka Přibylová, 2006 Q Vypočtěte ©Lenka Přibylová, 2006 Q čx-cosxdx [ Integrujeme součin exponenciální a goniometrické funkce. | EBJ El 13 I8l^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^-'il onk.i 1'íiln lov.-), ií>(>(■>fa čx-cosxdx u _ ex ur = ex v1 = COS X v = sin x 551 Lil 19 Integrujeme per partes. Je jedno, jak zvolíme u a z/, i m ^^^^^^^^^^^^^ ©Lenka Přibylová, 20061 čx-cosxdx u _ ex ur = ex v1 = COS X v — sin x = ex sin x — I ex sin x dx X Vzorec je u - v' dx = u - v — / u' - v dx 3BI El 19 ©Lenka Přibylová, 2006 čx-cosxdx u _ ex ur = ex v1 = COS X v = sin x = čx sin x — I ex sin x dx 1/ u' = čx v' = sinx u = — COS X Opět součin exponenciální a goniometrické funkce. Integrujeme per partes, nyní musíme zachovat stejnou volbu u a v'. bbI ei la iaa ©Lenka Přibylová, 20061 čx-cosxdx u _ ex ur = ex v1 = COS X v = sin x = ex sin x — I ex sin x dx 1/ u' = čx v' = sinx z? = — cos X = čx sin x — í —ex cos x — / —ex cos x dx *0C X Vzorec pro červenou část je J uvr dx = uv — j urv dx, zbytek zůstane. bej Q Q Jg^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^~rc^)T,enka Přibylova. zwwť>fa ex cos x dx = ex sin x + ex cos x — ex cos x dx Po dvou per partes jsme se dostali zpátky k integrálu, který chceme spočítat. El 13 133 ícT)Lenka Přibylová. 2flfl6 ex cos x dx = ex sin x + ex cos x — ex cos x dx 2 I ex cos x dx = ex sin x + ex cos x + c Řešíme jako rovnici s neznámým integrálem, proto jej převedeme na levou stranu. Připíšeme integrační konstantu. EBJ Q m^S^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^mTc') I ,enka Přibylová. 20061 ex cos x dx = ex sin x + ex cos x — ex cos x dx 2 I ex cos xdx = ex sin x + ex cos x + c Z4 čx / ex cos x dx = — (sin x + cos x) + c Dělíme dvěma a dostáváme výsledek. esi ej Q q3j ©Lenka Přibylová, 2006 Konec eei ej q igg ©Lenka Přibylová, 2006 Q