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积分技巧


∫sec⁡xdx=ln⁡∣sec⁡x+tan⁡x∣+C\displaystyle\int \sec xdx=\ln|\sec x+\tan x|+C

证明:

∫sec⁡xdx=∫1cos⁡xdx=∫sec⁡x+tan⁡xcos⁡x(sec⁡x+tan⁡x)dx=∫1sec⁡x+tan⁡xd(sec⁡x+tan⁡x)=ln⁡∣sec⁡x+tan⁡x∣+C \begin{align*} \int \sec xdx=\int\frac{1}{\cos x}dx &=\int\frac{\sec x+\tan x}{\cos x(\sec x+\tan x)}dx\\&=\int\frac{1}{\sec x+\tan x}d(\sec x+\tan x)\\&=\ln|\sec x+\tan x|+C \end{align*}

或:

∫sec⁡xdx=∫cos⁡xcos⁡2xdx=∫11−sin⁡2xdsin⁡x=12∫(11+sin⁡x+11−sin⁡x)dsin⁡x=12∫(11+sin⁡x)d(1+sin⁡x)−12∫(11−sin⁡x)d(1−sin⁡x)=12ln⁡∣1+sin⁡x1−sin⁡x∣+C \begin{align*} \int \sec xdx=\int\frac{\cos x}{\cos^2 x}dx &=\int\frac{1}{1-\sin^2 x}d\sin x\\&=\frac{1}{2}\int\left(\frac{1}{1+\sin x}+\frac{1}{1-\sin x}\right)d\sin x\\&=\frac{1}{2}\int\left(\frac{1}{1+\sin x}\right)d(1+\sin x)-\frac{1}{2}\int\left(\frac{1}{1-\sin x}\right)d(1-\sin x)\\&=\frac{1}{2}\ln\left|\frac{1+\sin x}{1-\sin x}\right|+C \end{align*}

∫csc⁡xdx=ln⁡∣csc⁡x−cot⁡x∣+C\displaystyle\int \csc xdx=\ln|\csc x-\cot x|+C

证明:

∫csc⁡xdx=∫1sin⁡x=∫csc⁡x−cot⁡xsin⁡x(csc⁡x−cot⁡x)=∫1csc⁡x−cot⁡xd(csc⁡x−cot⁡x)=ln⁡∣csc⁡x−cot⁡x∣+C \begin{align*}\int \csc xdx=\int\frac{1}{\sin x}&=\int\frac{\csc x-\cot x}{\sin x(\csc x-\cot x)}\\&=\int\frac{1}{\csc x-\cot x}d(\csc x-\cot x)\\&=\ln|\csc x-\cot x|+C \end{align*}

或:

∫csc⁡xdx=∫sin⁡xsin⁡2xdx=∫11−cos⁡2dsin⁡x=12(∫11−cos⁡xd(1−cos⁡x)−∫11+cos⁡xd(1+cos⁡x))=12ln⁡∣1−cos⁡x1+cos⁡x∣ \begin{align*}\displaystyle\int \csc xdx=\int\frac{\sin x}{\sin ^2x}dx&=\int\frac{1}{1-\cos^2}d\sin x\\&=\frac{1}{2}\left(\int\frac{1}{1-\cos x}d(1-\cos x)-\int\frac{1}{1+\cos x}d(1+\cos x)\right)\\&=\frac{1}{2}\ln\left|\frac{1-\cos x}{1+\cos x}\right| \end{align*}

∫dxx2+a2=ln⁡(x+x2+a2)+C\displaystyle\int\frac{dx}{\sqrt{x^2+a^2}}=\ln(x+\sqrt{x^2+a^2})+C

证明:

由恒等式1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2x=\sec^2 x,令x=atan⁡tx=a\tan t,则dx=asec⁡2tdtdx=a\sec^2tdt

则有

∫dxx2+a2=∫asec⁡2tdta2(1+tan⁡2t)=∫sec⁡tdt=ln⁡∣sec⁡t+tan⁡t∣+C=ln⁡∣a2+x2+xa∣+C=ln⁡(x+x2+a2)+C′ \begin{align*}\int\frac{dx}{\sqrt{x^2+a^2}}=\int\frac{a\sec^2tdt}{\sqrt{a^2(1+\tan^2t)}}&=\int\sec tdt\\&=\ln|\sec t+\tan t|+C\\&=\ln|\frac{\sqrt{a^2+x^2}+x}{a}|+C\\&=\ln(x+\sqrt{x^2+a^2})+C^{'} \end{align*}

∫cos⁡tsin⁡2tdt==−∫1sin⁡tdt=−∫csc⁡tdt=−ln⁡(csc⁡t−cot⁡t) \int \frac{\cos t}{\sin^2 t} dt ==-\int \frac{1}{\sin t} dt =-\int \csc t dt=-\ln(\csc t-\cot t)