Tabular Method 表格法

此乃妖法也!

还在为求积分头疼吗?

还在为分部积分公式记不清烦恼吗?

还在为求积公式用错而后悔不已吗?

来使用表格法吧,然你彻底摆脱分部积分!让你解题总快人一步!…

什么是表格法?

表格法是一种更加简洁,优美的,很大程度上可以取代分部积分法(Integration by Parts)的求解方法,定理如下:

∫f(x)g(x)dx=∑j=0n−1(−1)jfj(x)g−(j+1)(x)+(−1)n∫fn(x)g−n(x)dx\int f(x) g(x)dx =\sum_{j=0}^{n-1} (-1)^jf^j(x) g^{-(j+1)}(x) + (-1)^n \int f^{n}(x)g^{-n}(x)dx

亦即

fg(−1)−f(1)g(−2)+f(2)g(−3)−⋯+(−1)n−1f(n−1)g(−n)+(−1)n∫f(n)g(−n)dx f g^{(-1)}-f^{(1)} g^{(-2)}+f^{(2)} g^{(-3)}-\cdots+(-1)^{n-1} f^{(n-1)} g^{(-n)}+(-1)^{n} \int f^{(n)} g^{(-n)} d x

为了简洁起见,记

f(−n)=∫⋯∫Df(x1,x2,…,xn)dx1…dxnf^{(-n)}=\int \cdots \int_{\mathbf{D}} f\left(x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n}\right) \mathrm{d} x_{1} \ldots \mathrm{d} x_{n}

那么上式就可以列成这样的表格:

正负号 D(积分) I(导数) 代表的积分
+ f(x)f(x) g(x) ∫f(x)g(x)dx\int f^(x)g(x)dx
- f(1)f^{(1)} g(−1)g^{(-1)} −1⋅∫f(1)(x)g−1(x)dx-1 \cdot \int f^{(1)}(x)g^{-1}(x)dx
+ f(2)f^{(2)} g(−2)g^{(-2)} ∫f(2)(x)g(−2)(x)dx\int f^{(2)}(x)g^{(-2)}(x)dx
- f(3)f^{(3)} g(−3)g^{(-3)} ∫f(3)(x)g(−3)(x)dx\int f^{(3)}(x)g^{(-3)}(x)dx
⋮\vdots ⋮\vdots ⋮\vdots ⋮\vdots
(−1)(n−1)(-1)^{(n-1)} f(n−1)f^{(n-1)} g(−(n−1))g^{(-(n-1))} (−1)(n−1)∫fn−1(x)g−n+1(x)dx(-1)^{(n-1)} \int f^{n-1}(x)g^{-n+1}(x)dx
(−1)(n)(-1)^{(n)} f(n)f^{(n)} g(−n)g^{(-n)} (−1)n∫fn(x)g−n(x)dx(-1)^n \int f^{n}(x)g^{-n}(x)dx

看到这里,相信大家已经会了吧。那么今天就此结束,咱们下次见。

什么?要例子?这都说的多清楚了,要什么例子。

看不懂?好吧,那就给几个例子吧

表格法展开停止条件

遇到0

例题一:求解下面无穷积分:

∫0∞x2e−xdx\int_0^{\infty} x^2 e^{-x}dx

解:根据表格法,可以其不定积分的表格如下:

D I rep
+ x2x^2 e−xe^{-x} ∫x2e−xdx\int x^2 e^{-x}dx
- 2x2x −e−x-e^{-x} ∫2xe−xdx\int 2x e^{-x}dx
+ 22 e−xe^{-x} ∫2e−xdx\int 2 e^{-x}dx
- 00 −e−x-e^{-x} ∫0dx\int 0 dx

∴∫x2e−xdx=−x2e−x−2xe−x−2e−x+C\therefore \int x^2 e^{-x}dx = -x^2e^{-x}-2xe^{-x}-2e^{-x}+C

遇到循环

例题二:求解下面不定积分:

∫exsin(x)dx\int e^x sin(x) dx

解:根据表格法,可以该不定积分的表格如下:

D I rep
+ sin(x)sin(x) exe^{x} ∫exsin(x)dx\int e^{x}sin(x)dx
- cos(x)cos(x) exe^{x} ∫excos(x)dx\int e^{x}cos(x)dx
+ −sin(x)-sin(x) exe^{x} −∫exsin(x)dx-\int e^{x}sin(x)dx
- −cos(x)-cos(x) exe^{x} ∫cos(x)exdx\int cos(x) e^x dx

在上面的表格中,我们发现它可以无限往下面展开,但我们只需要看清楚第三次展开的结果,发现了吗?它就是原积分的相反数(这是特殊情况,一般只要呈现出倍数关:系就可以停止展开了),这时结束展开,可以得到:

∫exsin(x)dx=sin(x)ex−cos(x)ex−∫exsin(x)dx\int e^x sin(x) dx=sin(x)e^x-cos(x)e^x-\int e^{x}sin(x)dx

可以写成简单积分

例题三:求解下面不定积分:

∫x4lnxdx\int x^4 lnx dx

解:根据表格法,可以该不定积分的表格如下:

D I rep
+ x4x^4 lnxlnx ∫x4lnxdx\int x^4 lnx dx
- 4x34x^3 ? ?

lnxlnx的积分不会求怎么办?换个位不就行了lnxlnx的导数总是简单了吧

D I rep
+ lnxlnx x4x^4 ∫x4lnxdx\int x^4 lnx dx
- 1x\frac{1}{x} 15x5\frac{1}{5}x^5 15∫x4dx\frac{1}{5}\int x^4dx
+ ---- ----- -----

当发现出现了贼简单的一个式子时,就不要在展开了,直接就出答案了

∴∫x4lnxdx=lnx⋅15x5−15∫x4dx\therefore \int x^4 lnx dx = lnx\cdot \frac{1}{5}x^5- \frac{1}{5}\int x^4 dx

什么?不想用!好吧给你个分部积分的记忆公式吧:

(u⋅v)′=u′v+v′uu′v=(u⋅v)′−v′u∫vdu=(u⋅v)−∫udv\begin{aligned} &(u\cdot v)'=u'v+v'u\\ &u'v=(u\cdot v)'-v'u\\ &\int v du=(u\cdot v)-\int udv \end{aligned}

讲到这里,你总该满意了吧,谢谢支持!某年某月,我们再见!

[1]:1988年的电影《为人师表 / Stand and Deliver》,里面有这个表格法的片段。“Tic, Tac, Toe, Simple!”