Интеграция — это основная операция в интегральном исчислении . В то время как дифференцирование имеет простые правила , по которым производная сложной функции может быть найдена путем дифференцирования ее более простых компонентных функций, интегрирование таковыми не обладает, поэтому таблицы известных интегралов часто бывают полезны. На этой странице перечислены некоторые из наиболее распространенных первообразных .
Историческое развитие интегралов
Сборник списка интегралов (Integraltafeln) и методов интегрального исчисления был опубликован немецким математиком Мейером Хиршем [de] (также писался как Мейер Хирш) в 1810 году. [1] Эти таблицы были переизданы в Соединенном Королевстве в 1823 году. Более обширные таблицы были составлены в 1858 году голландским математиком Дэвидом Биренсом де Хааном для его Tables d'intégrales définies , дополненные Supplement aux tables d'intégrales définies около 1864 года. Новое издание было опубликовано в 1867 году под названием Nouvelles tables d'intégrales définies .
Эти таблицы, содержащие в основном интегралы элементарных функций, использовались до середины XX века. Затем их заменили гораздо более обширные таблицы Градштейна и Рыжика . У Градштейна и Рыжика интегралы, взятые из книги Биренса де Хаана, обозначаются как BI.
Не все выражения в замкнутой форме имеют первообразные в замкнутой форме; это исследование составляет предмет дифференциальной теории Галуа , которая была первоначально разработана Жозефом Лиувиллем в 1830-х и 1840-х годах, что привело к теореме Лиувилля , которая классифицирует, какие выражения имеют первообразные в замкнутой форме. Простым примером функции без первообразной в замкнутой форме является e − x 2 , первообразная которой является (с точностью до констант) функцией ошибок .
С 1968 года существует алгоритм Риша для определения неопределенных интегралов, которые могут быть выражены через элементарные функции , обычно с использованием системы компьютерной алгебры . Интегралы, которые не могут быть выражены с использованием элементарных функций, могут быть обработаны символически с использованием общих функций, таких как G-функция Мейера .
Списки интегралов
Более подробную информацию о списках интегралов можно найти на следующих страницах :
Другие полезные ресурсы включают Abramowitz и Stegun и Bateman Manuscript Project . Обе работы содержат много тождеств, касающихся конкретных интегралов, которые организованы по наиболее релевантной теме, а не собраны в отдельную таблицу. Два тома Bateman Manuscript посвящены интегральным преобразованиям.
Есть несколько веб-сайтов, которые имеют таблицы интегралов и интегралы по запросу. Wolfram Alpha может показать результаты, а для некоторых более простых выражений также промежуточные шаги интегрирования. Wolfram Research также управляет другим онлайн-сервисом, Mathematica Online Integrator.
Интегралы простых функций
C используется для произвольной константы интегрирования , которая может быть определена только если известно что-то о значении интеграла в какой-то момент. Таким образом, каждая функция имеет бесконечное число первообразных .
Когда в интегрируемой функции есть особенность , так что первообразная становится неопределенной или в некоторой точке (особенность), то C не обязательно должно быть одинаковым по обе стороны от особенности. Формы ниже обычно предполагают главное значение Коши вокруг особенности в значении C, но в общем случае это не обязательно. Например, в
есть особенность в 0, и первообразная становится там бесконечной. Если бы интеграл выше использовался для вычисления определенного интеграла между −1 и 1, то был бы получен неправильный ответ 0. Однако это главное значение Коши интеграла вокруг особенности. Если интегрирование выполняется в комплексной плоскости, результат зависит от пути вокруг начала координат, в этом случае особенность вносит вклад − i π при использовании пути выше начала координат и i π для пути ниже начала координат. Функция на действительной прямой может использовать совершенно разные значения C по обе стороны от начала координат, как в: [2]
Рациональные функции
Следующая функция имеет неинтегрируемую особенность в точке 0 при n ≤ −1 :
Произведения функций, пропорциональные их вторым производным
Функции абсолютного значения
Пусть f — непрерывная функция , имеющая не более одного нуля . Если f имеет ноль, пусть g — единственная первообразная f , равная нулю в корне f ; в противном случае пусть g — любая первообразная f . Тогда
где sgn( x ) — функция знака , которая принимает значения −1, 0, 1, когда x соответственно отрицателен, равен нулю или положителен.
Это можно доказать, вычислив производную правой части формулы, принимая во внимание, что условие на g здесь необходимо для обеспечения непрерывности интеграла.
Это дает следующие формулы (где a ≠ 0 ), которые справедливы на любом интервале, где f непрерывна (на больших интервалах константа C должна быть заменена кусочно-постоянной функцией):
когда n нечетное, и .
когда для некоторого целого числа n .
когда для некоторого целого числа n .
когда для некоторого целого числа n .
когда для некоторого целого числа n .
Если функция f не имеет непрерывной первообразной, которая принимает значение ноль в нулях f (это имеет место для функций синуса и косинуса), то sgn( f ( x )) ∫ f ( x ) dx является первообразной f на каждом интервале , на котором f не равна нулю, но может быть разрывной в точках, где f ( x ) = 0 . Таким образом, для получения непрерывной первообразной необходимо добавить хорошо выбранную ступенчатую функцию . Если мы также используем тот факт, что абсолютные значения синуса и косинуса являются периодическими с периодом π , то получим:
Определенные интегралы, не имеющие замкнутых первообразных
Существуют некоторые функции, чьи первообразные не могут быть выражены в замкнутой форме . Однако значения определенных интегралов некоторых из этих функций по некоторым общим интервалам могут быть вычислены. Несколько полезных интегралов приведены ниже.
Юрий А. Брычков (Ю. А. Брычков), Справочник специальных функций: производные, интегралы, ряды и другие формулы . Русское издание, Физико-Математическая Литература, 2006. Английское издание, Chapman & Hall/CRC Press, 2008, ISBN 1-58488-956-X /9781584889564.
Дэниел Цвиллингер. CRC Standard Mathematical Tables and Formulae , 31-е издание. Chapman & Hall/CRC Press, 2002. ISBN 1-58488-291-3 . (Также многие более ранние издания.)
Мейер Хирш [ де ] , Integraltafeln oder Sammlung von Integralformeln (Duncker und Humblot, Берлин, 1810 г.)
Мейер Хирш [de] , Интегральные таблицы или собрание интегральных формул (Бэйнс и сын, Лондон, 1823) [английский перевод Integraltafeln ]
Дэвид Биренс де Хаан , Nouvelles Tables d'Intégrales définies (Энгельс, Лейден, 1862 г.)
Бенджамин О. Пирс Краткая таблица интегралов - переработанное издание (Ginn & co., Бостон, 1899)
Внешние ссылки
Таблицы интегралов
Онлайн-математические заметки Пола
А. Дикман, Таблица интегралов (эллиптические функции, квадратные корни, арктангенсы и другие экзотические функции): Неопределенные интегралы Определенные интегралы
Специальность «Математика»: Таблица интегралов
О'Брайен, Фрэнсис Дж.-младший. «500 интегралов элементарных и специальных функций».Производные интегралы показательных, логарифмических функций и специальных функций.
Интеграция на основе правил. Точно определенные неопределенные правила интеграции, охватывающие широкий класс подынтегральных выражений.
Матар, Ричард Дж. (2012). «Еще одна таблица интегралов». arXiv : 1207.5845 [math.CA].
Производные
Виктор Гюго Молль, Интегралы в «Градштейне» и «Рыжике»
Онлайн-сервис
Примеры интеграции для Wolfram Alpha
Программы с открытым исходным кодом
wxmaxima gui для символьного и числового решения многих математических задач
Видео
Самая мощная из существующих методик интеграции. Видео на YouTube от Flammable Maths о симметриях