05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(engineering mathematics i)...

22
ปปปปปปปปปปปปปปปปปปป(Integration) กกกกกกกกกกกก(กกกกกกกกกกกก) กกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกก กกกกกกกก กกกกกกกกก กกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกก กกกกกกกกก กกกกกกกกกกกก กกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกก x กกกก กกกกกกกกกกกก กกกก กกกกก C กกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกกก กกกกกกกกกกกกกกกกก ปปปปปปปป(differential ) ปปปปปปปปปปปปปปปปปป ปปป(indefinite integral) 1

Upload: lynhan

Post on 02-Feb-2017

230 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

ปรพินัธข์องฟงัก์ชนั(Integration)

การอินทิเกรต(ปฏิยานุพนัธ)์ เป็นการดำาเนินการท่ีตรงขา้มกับการหาอนุพนัธ ์กล่าวคือ จะกำาหนด แล้วใหห้า

รูปทัว่ไป ของปฏิยานุพนัธ ์เรยีกวา่ อินทิกรลัไมจ่ำากัดเขต ของ ซึ่งเขยีนแทนด้วยสญัลักษณ์

อ่านวา่ อินทิกรลัไมจ่ำากัดเขตของ เทียบกับ x หรอื อินทิกรลัของ

ซึ่ง เมื่อ C เป็นค่าคงตัวใดๆ

ตัวอยา่งตารางเปรยีบเทียบผลจากการหาอนุพนัธแ์ละการหาปฎิยานุพนัธ์อนุพนัธ(์differential) อินทิกรลัไมจ่ำ�กัด

เขต(indefinite integral)

1

Page 2: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

ก�รห�ปฏิย�นุพนัธ ์(ก�รอินทิกรลัไมจ่ำ�กัดเขต)โดยก�รใช้สตูร

1. 2. เมื่อ เป็นค่าคงตัว

3. เมื่อ

4. 5. 6. เมื่อ > 0

ฟงัก์ชนัตรโีกณมติิ7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

ฟงัก์ชนัไฮเพอรโ์บลิก15. 16. 17. 18. 19. 20.

ฟงัก์ชนัพชีคณิตในรูปเศษสว่น21. 22. 23. 24. 25.

2

Page 3: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

26. 27.

28.

ตัวอย�่งก�รห�ปฏิย�นุพนัธ ์(ก�รอินทิกรลัไมจ่ำ�กัดเขต) โดยใชส้ตูร

Ex.1 ใหห้า วธิทีำา

= = = ตอบ

Ex.2 ใหห้า วธิทีำา

= =

=

= ตอบ

Ex.3 ใหห้า วธิทีำา

= =

3

Page 4: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

= = = ตอบ

Ex.4 ใหห้า วธิทีำา

= = = = ตอบ

Ex.5 ใหห้า วธิทีำา

= = = =

ตอบแบบฝึก 1: จงหาอินทิกรลัไมจ่ำากัดเขต1. =

2. =

3. =

4. =

5. =

6. =

4

Page 5: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

7. =

8. =

9. =

10. =

11. =

12. =

13. =

14. =

15. =

ก�รอินทิเกรตโดยก�รแทน(Integration by Substitution)

5

Page 6: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

การอินทิเกรตโดยการแทน เป็นเทคนิคการอินทิเกรตของฟงัก์ชนัที่ยุง่ยาก ซบัซอ้นมากยิง่ขึ้นโดยใชว้ธิกีารแทน หรอืเปล่ียนตัวแปร เพื่อทำาใหฟ้งัก์ชนัอินทิเกรตอยูใ่นรูปอยา่งง่าย สามารถใชส้ตูรพื้นฐานได้Ex.1 จงหา วธิทีำา ให ้

=

= =

= = ตอบ

Ex.2 จงหาวธิทีำา ให ้

=

= =

= = ตอบ

Ex.3 จงหา วธิทีำา ให ้

= = =

ตอบEx.4 จงหา วธิทีำา ให ้

= = =

ตอบ

6

Page 7: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

แบบฝึก 2: จงหาอินทิกรลัไมจ่ำากัดเขตโดยการแทน1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

7

Page 8: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

8

Page 9: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

18.

19.

20.

ก�รอินทิเกรตโดยก�รแยกสว่น (Integration by Parts)จากสตูรการดิฟผลคณู

ดังนัน้ถ้าเรา ………………….1

ให ้ และ สมการท่ี1 เขยีนใหม ่

Ex.1 จงหา วธิทีำา ให้ ,

, =

== ตอบ

Ex.2 จงหา วธิทีำา ให้ ,

,

9

Page 10: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

=== …………….a

ต้องหาให้ ,

, === ………………b

แทนค่า ที่ได้จากสมการ b ในสมการ a == ตอบ

แบบฝึก 3: จงหาอินทิกรลัไมจ่ำากัดเขต1. =

2. =

3. =

10

Page 11: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

4. =

5. =

11

Page 12: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

ก�รอินทิเกรตโดยก�รแทนค่�ด้วยตรโีกณ (Integration by Trigonometric Substitution)

ใชเ้มื่อลักษณะตัวถกูอินทิเกรตอยูใ่นรูปท่ีมพีจน์ , , ประกอบอยู ่โดยจะอยูท่ี่เศษหรอืสว่นก็ได้ เชน่ , เป็นต้น

การใชเ้ทคนิคการอินทิเกรตโดยวธิน้ีี จะเป็นการเปล่ียนตัวแปรเดิมใหเ้ป็นตัวแปรใหมท่ี่อยูใ่นรูปของฟงัก์ชนัตรโีกณมติิ ซึ่งเมื่อเปล่ียนแล้วจะทำาให้เครื่องหมายกรณฑ์(รากท่ี 2)หายไปและสามารถหาค่าอินทิกรลัได้ โดยวธิกีารอินทิเกรตแบบต่างๆ ขัน้ตอนในการทำามดีังน้ี

1. หานิพนธท่ี์อยูใ่นรูป , หรอื ในตัวถกูอินทิเกรตซึ่งบางขอ้อาจจะเหน็ชดั บางขอ้ต้องนำามาจดัก่อน

2. ใหส้มมุติ ดังน้ีถ้านิพนธอ์ยูใ่นรูป ให้สมมุติ หรอื

จะใชเ้อกลักษณ์ ถ้านิพนธอ์ยูใ่นรูป ให้สมมุติ หรอื

จะใชเ้อกลักษณ์ ถ้านิพนธอ์ยูใ่นรูป ให้สมมุติ หรอื

จะใชเ้อกลักษณ์ 3. เปล่ียนโจทยใ์หอ้ยูใ่นรูปตัวแปรใหมคื่อ โดยการแทนค่า และสามารถ

หาค่าอินทิกรลัน้ีได้4. ผลลัพธท์ี่ได้ในขอ้ 3 จะอยูใ่นรูปตัวแปรใหมคื่อ ใหเ้ปล่ียนกลับมาเป็น

ตัวแปรเดิมที่โจทยใ์หม้า โดยต้องสรา้งสามเหล่ียมมุมฉาก แล้วหาด้านทัง้สามของสามเหล่ียมมุมฉากจากสิง่ที่สมมุติไวใ้นขอ้ 2 และจากทฤษฎีบทของ Pythagoras เพื่ออ่านค่า

12

Page 13: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

ฟงัก์ชนัตรโีกณมติิที่ต้องการจากรูป แล้วแทนค่ากลับก็จะได้ผลลัพธท่ี์อยูใ่นรูปตัวแปรเดิมที่โจทยใ์หม้าEx.1 จงหาค่า วธิทีำา จะเหน็วา่ อยูใ่นรูป โดยม ี

ดังนัน้จงึสมมุติ ,

จะได้ = = = =

แทนในโจทย์ = = =

= = =

จาก

จะได้ =

= ตอบ

Ex.2 จงหาค่า วธิทีำา จะเหน็วา่ อยูใ่นรูป โดยม ี

ดังนัน้จงึสมมุติให ้

, จะได้

= = = = =

13

Page 14: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

แทนในโจทย์ = =

= = = = =

จาก

จะได้ = = ตอบ

แบบฝึก 4: จงหาค่าอินทิกรลัต่อไปน้ี1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

8.

ก�รอินทิเกรตโดยก�รแยกเป็นเศษสว่นยอ่ย (Integration by Partial Fractions)

14

Page 15: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

มหีลักการทำาทัว่ๆไป คือ นำาเอาตัวถกูอินทิเกรตที่อยูใ่นรูปฟงัก์ชนัตรรกยะแท้ (ดีกรขีองตัวเศษน้อยกวา่ตัวสว่น) มาแยกเป็นผลบวกของเศษสว่นยอ่ยแล้วแยกอินทิเกรตทีละพจน์โดยใชส้ตูรอินทิเกรตต่างๆเชน่ วธิกีารทำาก็คือเอาตัวถกูอินทิเกรตไปแยกเป็นเศษสว่นยอ่ยได้ดังน้ี

= =

=

= วธิกี�รเขยีนผลบวกของเศษสว่นยอ่ย แยกได้เป็น 4 กรณี ดังน้ีกรณีท่ี1 ถ้าตัวประกอบของตัวสว่นเป็นตัวประกอบเชงิเสน้ที่ต่างกัน สมมุติเป็น เราจะเขยีนเป็นรูปผลบวกของเศษสว่นยอ่ย เศษสว่นได้ดังน้ี

เมื่อ เป็นค่าคงที่ท่ีต้องหาค่า

เชน่กรณีท่ี2 ถ้าตัวประกอบของตัวสว่นเป็นตัวประกอบเชงิเสน้ที่ซำ้ากัน สมมุติเป็น

ตัวประกอบ เราจะเขยีนเป็นรูปผลบวกของเศษสว่นยอ่ย เศษสว่น

ได้ดังน้ี

เมื่อ เป็นค่าคงที่ท่ีต้องหาค่า

เชน่

กรณีท่ี3 ถ้าตัวประกอบของตัวสว่นเป็นตัวประกอบกำาลัง 2 ท่ีต่างกัน สมมุติเป็น

15

Page 16: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

เราจะเขยีนเป็นรูปผลบวกของเศษสว่นยอ่ย เศษสว่นได้ดังน้ี

เมื่อ เป็นค่าคงที่ท่ีต้องหา

ค่า

เชน่

กรณีท่ี4 ถ้าตัวประกอบของตัวสว่นเป็นตัวประกอบกำาลัง 2 ท่ีซำ้ากัน สมมุติเป็นตัวประกอบ เราจะเขยีนเป็นรูปผลบวกของ

เศษสว่นยอ่ย เศษสว่นได้ดังน้ี

เมื่อ เป็นค่าคงที่ท่ีต้องหาค่า

เชน่

ในโจทยบ์างขอ้อาจจะมตัีวประกอบของหลายกรณีปนกัน ก็ใหท้ำาไปตามหลักการของแต่ละกรณี

เชน่

Ex.1 จงหาค่า วธิทีำา ต้องแยกตัวประกอบของตัวสว่นก่อน ดังน้ี

เขยีนตัวสว่นในรูปเศษสว่นยอ่ยต้องหาค่า ทำาได้ 2 วธิี

วธิท่ีี 1 = = =

= = =

16

Page 17: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

= = =

จะได้

วธิท่ีี 2 เทียบสมัประสทิธิ ์ ดังน้ี

จะได้ ......................................(1)………………………..(2)

แทนค่า ใน (1),(2) ได้ แทนค่า และ ใน (1) ได้

จะได้

ดังนัน้ =

= ตอบ

Ex.2 จงหาค่า วธิทีำา เน่ืองจากตัวเศษมดีีกรมีากกวา่ตัวสว่น ต้องเอา ไปหาร

= = =

17

Page 18: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

เขยีนตัวสว่นในรูปเศษสว่นยอ่ย ต้องหาค่า

= = =

= = = เทียบสมัประสทิธิ ์ ดังน้ี แทนค่า ได้ จะได้ , , = =

ดังนัน้ = =

ตอบแบบฝึก 5 : จงหาค่าอินทิกรลัต่อไปน้ี1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

18

Page 19: 05-004-201คณิตศาสตร์วิศวกรรม1(Engineering Mathematics I) ปริพันธ์

8.

19