MAT1051 · 13. hafta · Integration by Parts, Integration by Partial Fractions
Kısmi integrasyon ve basit kesirlere ayırma
Çarpımların integrali için kısmi integrasyon (LIATE, tablo yöntemi, döngüsel integraller) ve rasyonel fonksiyonların integrali için basit kesirlere ayırma. Finalin uzun integral soruları.
integration by partsLIATEtabular integrationreductionrational functionpartial fractionsproper fractionlong divisionrepeated linear factorirreducible quadratic factorcompleting the square
haftada yerine koyma, zincir kuralının tersiydi. Bu hafta iki yeni teknik var. Kısmi integrasyon (integration by parts), çarpım kuralının tersi; xex, xsinx, lnx gibi integralleri çözer. Basit kesirlere ayırma (partial fractions), rasyonel bir fonksiyonu integrali kolay parçalara böler. Finalde ikisinden de uzun ama mekanik sorular gelir; doğru başlangıcı seçen sonucu getirir:
∫udv=uv−∫vdu.u‘yu LIATE sırasıyla seç.
Kısmi integrasyondan sonra kalan integral daha kolay olmalı. Zorlaştıysa u‘yu ters seçmişsindir.
Rasyonel fonksiyonda önce derecelere bak: pay büyük ya da eşitse önce böl.
Çarpım kuralı: (uv)′=u′v+uv′. İki tarafın integralini al ve düzenle:
∫udv=uv−∫vdu
Belirli integralde:
∫abudv=[uv]ab−∫abvdu
Fikir: integrand’ı iki parçaya ayır. u türevlenince basitleşen, dv integrali alınabilen parça olsun.
u seçimi: LIATE
Listede önce gelen u olur:
Harf
Tür
Örnek
L
Logaritmik
lnx
I
Ters trigonometrik (Inverse)
arctanx, arcsinx
A
Cebirsel (Algebraic)
x, x2, x
T
Trigonometrik
sinx, cosx
E
Üstel (Exponential)
ex, 2x
Örnek 1.∫xsinxdx. A, T’den önce: u=x, dv=sinxdx.
u = x dv = sin x dxdu = dx v = -cos x∫ x sin x dx = -x cos x - ∫ (-cos x) dx = -x cos x + sin x + C
Ters seçseydin (u=sinx, dv=xdx) kalan integral ∫2x2cosxdx olurdu, daha zor.
Örnek 2.∫x2lnxdx. L, A’dan önce: u=lnx, dv=x2dx, v=3x3.
∫x2lnxdx=3x3lnx−∫3x3⋅x1dx=3x3lnx−9x3+C
lnx‘in integralini almak zor, türevi kolay. Bu yüzden logaritma hep u olur.
Tablo yöntemi (tabular integration)
xn çarpı eax, sinax ya da cosax için kısmi integrasyonu n kez yapman gerekir. Tablo bunu hızlandırır: sol sütunda u‘yu sıfır olana kadar türevle, sağ sütunda dv‘yi tekrar tekrar integralle, çapraz çarp, işaretleri +,−,+,− değiştir.
eaxsinbx ya da eaxcosbx için iki kez kısmi integrasyon yapınca başladığın integral geri gelir. O zaman integrali I diye adlandırıp denklem çöz.
Örnek 4.I=∫e2xcosxdx.
İlk adım: u=e2x, dv=cosxdx. I=e2xsinx−2∫e2xsinxdx.
İkinci adım (aynı seçim mantığı, u=e2x): ∫e2xsinxdx=−e2xcosx+2I.
Birleştir: I=e2xsinx−2(−e2xcosx+2I)=e2xsinx+2e2xcosx−4I. Yani 5I=e2x(sinx+2cosx):
I=5e2x(2cosx+sinx)+C
TUZAK · ikinci adımda u‘yu değiştirmek. Döngüsel integralde ilk adımda u=e2x seçtiysen ikinci adımda da üstel kısmı u yap. Değiştirirsen ilk adımı geri alırsın ve I=I elde edersin.
Örnek 5 (belirli).∫01xexdx=[xex]01−∫01exdx=e−(e−1)=1.
Basit kesirlere ayırma (partial fractions)
Q(x)P(x) biçiminde, P ve Q polinom. Strateji: kesri, paydaları Q‘nun çarpanları olan basit kesirlerin toplamı olarak yaz. Her parçanın integrali ln ya da arctan verir.
Adım 0: derece kontrolü
Payın derecesi paydanınkinden büyük ya da eşitse önce polinom bölmesi yap: QP=(bo¨lu¨m)+Qkalan. Ayrıştırma sadece kalan kesre uygulanır.
Çarpan tipleri
Paydada
Kesirde yazılan
(x−a)
x−aA
(x−a)2
x−aA+(x−a)2B
x2+bx+c (ayrılmaz)
x2+bx+cBx+C
Katsayıları bulmak için iki tarafı paydayla çarp. Sonra paydanın köklerini yerine koy (her kök bir katsayıyı direkt verir), kalan katsayılar için x2, sabit terim gibi katsayıları eşitle.
Örnek 6 (farklı doğrusal çarpanlar).∫x2−x−23x−1dx.
Doğrulama: Tüm cevaplar node ile kontrol edildi (verify/MAT1051/13.mjs): her belirsiz integral cevabının merkezi fark türevi integrand ile üç-dört noktada karşılaştırıldı; basit kesir ayrışımları orijinal kesirle karşılaştırıldı; belirli integraller Simpson kuralıyla.
Deftere not kartı
KISMİ: ∫ u dv = uv - ∫ v du
u seçimi LIATE (önce gelen u olur): Log, Inverse trig, Algebraic, Trig, Exponential
∫ ln x, ∫ arctan x: u = o fonksiyon, dv = dx
x^n · (e^x, sin, cos): tablo yöntemi, işaretler + - + -
e^x sin x tipi: iki kez kısmi -> integral geri gelir -> I'yı çöz
BASİT KESİR: 1) pay derecesi >= payda -> önce BÖL 2) paydayı çarpanlara ayır
(x - a) -> A/(x - a)
(x - a)^2 -> A/(x - a) + B/(x - a)^2
(x^2 + bx + c) ayrılmaz -> (Bx + C)/(x^2 + bx + c)
Kökleri koy (hızlı A, B), kalanlar için katsayı eşitle
∫ A/(x - a) = A ln|x - a| ∫ dx/(x^2 + a^2) = (1/a) arctan(x/a)