换元法是一种常用的求解积分的方法,它通过将被积函数中的一部分进行代换,从而使积分式变得更加简单。常用的换元公式如下:
1. 代换 $u=g(x)$,则 $\mathrm{d}u=g'(x)\mathrm{d}x$,即 $\mathrm{d}x=\frac{1}{g'(x)}\mathrm{d}u$
2. 代换 $x=h(t)$,则 $\mathrm{d}x=h'(t)\mathrm{d}t$,即 $\mathrm{d}t=\frac{1}{h'(t)}\mathrm{d}x$
3. 代换 $u=g(x)$ 和 $x=h(t)$,则 $\mathrm{d}u=g'(x)\mathrm{d}x=h'(t) \mathrm{d}t$,即 $\mathrm{d}x=\frac{h'(t)}{g'(x)}\mathrm{d}u$ 或 $\mathrm{d}t=\frac{g'(x)}{h'(t)}\mathrm{d}x$
下面是换元法的详细步骤:
1. 确定被积函数中的一部分进行代换,并选择合适的代换形式。
2. 根据代换式,将被积函数中所有关于原变量的因子都换成关于新变量的因子。
3. 将积分区间也表示成新变量的区间,并用代换式将积分变量换成新变量。
4. 对换元后的积分式进行简化处理,最终求出积分值。
需要注意的是,在进行换元的过程中,要注意求导与反函数的问题,以及积分区间的变化等因素。同时,选择合适的代换形式也是非常重要的,需要经过多次尝试并观察结果来选择合适的代换形式。
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