Сторінка
1

Інтегрування раціональних дробів та виразів, що містять ірраціональності

Означення 1. Дріб називається раціональним, якщо його чи­сельник та знаменник є многочленами, тобто дріб має вигляд

де аі та bk — коефіцієнти многочленів, і = 0, 1, ., n;

k = 0, 1, 2, ., m.

Раціональний дріб називається правильним, якщо найвищий показник степеня чисельника n менше відповідного степеня m знаменника. Дріб називається неправильним, якщo .

Якщо дріб неправильний, тоді треба поділити чисельник на знаменник (за правилом ділення многочленів) і одержа­ти заданий дріб у вигляді суми многочлена та правильного ра­ціонального дробу, тобто

Означення 2. Найпростішими раціональними дробами І, II, III та IV типу називають правильні дроби вигляду:

I. II.

III.

IV.

Умова означає, що квадратний тричлен х2 + px + q не має дійсних коренів і на множники не розкладається. Те саме можна сказати і про квадратний тричлен x2 + rx + s.

Розглянемо інтегрування найпростіших раціональних дробів. Інтеграли від найпростіших раціональних дробів 1-го та ІІ-го типів знаходять методом безпосереднього інтегрування:

І.

ІІ.

При інтегруванні найпростішого дробу ІІІ-го типу треба спочат­ку в знаменнику виділити повний квадрат, а потім той вираз, що під квадратом, замінити через нову змінну.

ІІІ.

Повертаючись до змінної х, та враховуючи, що або одержимо:

Інтеграл від найпростішого дробу типу IV шляхом повторного інтегрування частинами зводять до інтеграла під найпростішого дробу типу III.

У повному курсі вищої алгебри доведена слідуюча теорема.

Теорема 1. Будь-який правильний раціональний дріб розклада­ється на суму найпростіших раціональних дробів, коефіцієнти яких можна знайти методом невизначених коефіцієнтів.

Отже, інтегрування раціонального дробу зводиться до інтег­рування многочлена Mn-m (х) (при ) та суми найпростіших дробів. Відмітимо, що вигляд найпростіших дробів визначається коренями знаменника Qm(x). Можливі слідуючі випадки:

1. Корені знаменника дійсні та різні, тобто

В цьому випадку дріб розкладається на суму найпростіших дробів 1-го типу:

(1)

Невизначені коефіцієнти А1, А2, . Аm знаходять з тотожності (1).

2. Корені знаменника дійсні, причому деякі з них кратні, тобто

Тоді дріб розкладається на суму найпростіших дробів І-го та ІІ-го типу

(2)

Коефіцієнти А, В1, В2, ., Вk знаходять з тотожності (2).

3. Корені знаменника дійсні, причому деякі з них кратні, крім того знаменник містить квадратний тричлен, який не роз­кладається на множники, тобто

В цьому випадку дріб розкладається на суму найпростіших дробів 1-го, ІІ-го та ІІІ-го типів

(3)

коефіцієнти А, В1, В2, ., Bk, D та Е знаходять з тотожності (3).

Приклад 1. Знайти

Розв'язування. Підінтегральна функція—це правильний раціональний дріб, знаменник якого містить квадратний двоч­лен, який не розкладається на множники та один дійсний ко­рень х = 1, тому цей дріб розкладається на суму найпростіших дробів І та III типу:

(4)

Невідомі коефіцієнти А, В та С будемо шукати методом невизначених коефіцієнтів. Для цього праву частину рівності (4) треба привести до спільного знаменника, одержимо