Giao diện mới của VnDoc Pro: Dễ sử dụng hơn - chỉ tập trung vào lớp bạn quan tâm. Vui lòng chọn lớp mà bạn quan tâm: Lưu và trải nghiệm

Tích phân là gì? Khái niệm và các tính chất tích phân dễ hiểu nhất

Tích phân là một khái niệm quan trọng trong giải tích, giúp tính diện tích, thể tích và các đại lượng liên quan đến sự biến thiên. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ tích phân là gì, đồng thời trình bày các tính chất cơ bản của tích phân một cách ngắn gọn, dễ nhớ và dễ áp dụng. Phù hợp cho học sinh, sinh viên và người mới bắt đầu học giải tích.

A. Tích phân là gì?

1. Định nghĩa tích phân

Cho hàm số f(x)f(x) là hàm số liên tục trên đoạn \lbrack
a;b\rbrack[a;b]. Giả sử F(x)F(x) là một nguyên hàm của f(x)f(x) trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b].Hiệu số F(b) - F(a)F(b)F(a) được gọi là tích phân từ a đến b (hay tích phân xác định trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b]) của hàm số f(x)f(x), kí hiệu là \int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx.Vậy \int_{a}^{b}{f(x)dx} = \left. \ F(x)
\right|_{a}^{b} = F(b) - F(a)abf(x)dx= F(x)|ab=F(b)F(a).

Ta gọi \int_{a}^{b}‍ablà dấu tích phân, a là cận dưới, b là cận trên, f(x)dxf(x)dx là biểu thức dưới dấu tích phân và f(x)f(x) là hàm số dưới dấu tích phân.

Chú ý:

  •  Định nghĩa tích phân \int_{a}^{b}{f(x)dx} = F(b) - F(a) = \left. \ F(x)
\right|_{a}^{b}abf(x)dx=F(b)F(a)= F(x)|ab chỉ được áp dụng khi biết một nguyên hàm F(x)F(x) của f(x)f(x) trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b].
  •  Tích phân \int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx là một số, còn nguyên hàm là một (họ) hàm số (nó còn được gọi là tích phân không xác định).
  • \int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx không phụ thuộc vào chữ viết biến số trong dấu tích phân, mà chỉ phụ thuộc vào hàm số f và đoạn \lbrack
a;b\rbrack[a;b].

Nhận xét

  • Tích phân của hàm số f  từ a đến b có thể kí hiệu bởi \int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx hay \int_{a}^{b}{f(t)dt}abf(t)dt.
  • Tích phân đó chỉ phụ thuộc vào f và các cận a, b mà không phụ thuộc vào biến số x hay t.

2. Ý nghĩa hình học của tích phân

Nếu hàm số f(x)f(x) liên tục và không âm trên đoạn \lbrack
a;b\rbrack[a;b], thì tích phân \int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx là diện tích S của hình thang cong giới hạn bởi đồ thị f(x)f(x), trục Ox và hai đường thẳng x = a;x = bx=a;x=b. Vậy S = \int_{a}^{b}{f(x)dx}S=abf(x)dx.

3. Các tính chất của tích phân

Tính chất 1

\int_{a}^{b}{kf(x)dx} =
k\int_{a}^{b}{f(x)dx}abkf(x)dx=kabf(x)dx với k là hằng số.

Tính chất 2

\int_{a}^{b}{\left\lbrack f(x) \pm g(x)
\right\rbrack dx} = \int_{a}^{b}{f(x)}dx \pm
\int_{a}^{b}{g(x)}dxab[f(x)±g(x)]dx=abf(x)dx±abg(x)dx

Tính chất 3

 

\int_{a}^{c}{f(x)dx} +
\int_{c}^{b}{f(x)dx} = \int_{a}^{b}{f(x)dx}acf(x)dx+cbf(x)dx=abf(x)dx với a < c < ba<c<b.

Ta quy ước:

  • \int_{a}^{b}{f(x)dx} = 0abf(x)dx=0;
  • \int_{a}^{b}{f(x)dx} = -
\int_{a}^{b}{f(x)dx}abf(x)dx=abf(x)dx

Định lý 1

Cho f là hàm số xác định trên Ka là một điểm cố định thuộc K. Xét hàm số G(x)G(x) xác định trên K bởi công thức

G(x) = \int_{a}^{x}{f(t)dt}G(x)=axf(t)dt

Khi đó G là một nguyên hàm của f.

Tích phân hàm chẵn lẻ

Định lý 2: Tích phân của hàm lẻ và hàm chẵn trên \mathbb{R}R.

1. Nếu f là một hàm số chẵn, khi đó \int_{- a}^{a}{f(x)dx} =
2\int_{0}^{a}{f(x)dx}aaf(x)dx=20af(x)dx

2. Nếu f là một hàm số lẻ, khi đó \int_{- a}^{a}{f(x)dx} = 0aaf(x)dx=0.

Đọc thêm

Ta vừa đưa ra 3 tính chất của tích phân theo chương trình chuẩn. Dưới đây là các tính chất bổ sung:

1. \int_{a}^{b}{0dx} = 0ab0dx=0

2. \int_{a}^{b}{cdx} = c(b -
a)abcdx=c(ba)

3. Nếu f(x) \geq 0,\forall x \in \lbrack
a,b\rbrackf(x)0,x[a,b] thì \int_{a}^{b}{f(x)dx}
\geq 0abf(x)dx0.

Hệ quả 3: Nếu hai hàm số f(x)f(x) và g(x)g(x) liên tục và thỏa mãn f(x) \leq g(x),\forall x \in \lbrack
a;b\rbrackf(x)g(x),x[a;b] thì \int_{a}^{b}{f(x)dx}
\leq \int_{a}^{b}{g(x)dx}abf(x)dxabg(x)dx

Chú ý: Nếu f(x)f(x) liên tục và dương trên \lbrack a;b\rbrack[a;b] thì \int_{a}^{b}{f(x)dx} > 0abf(x)dx>0.

4. \left| \int_{a}^{b}{f(x)dx} \right|
\leq \int_{a}^{b}{\left| f(x) \right|dx},(a \leq b)|abf(x)dx|ab|f(x)|dx,(ab).

 

5. Nếu m \leq f(x) \leq M,\forall x \in
\lbrack a;b\rbrack;m,Mmf(x)M,x[a;b];m,M là các hằng số thìm(b - a) \leq \int_{a}^{b}{f(x)dx} \leq
M(b - a)m(ba)abf(x)dxM(ba) hay m \leq \frac{1}{b -
a}\int_{a}^{b}{f(x)dx} \leq Mm1baabf(x)dxM.

B. Hai phương pháp cơ bản để tìm tích phân

1. Phương pháp đổi biến số

Định lý 1

Cho hàm số f(x)f(x) liên tục trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b]. Giả sử hàm số x = \varphi(t)x=φ(t) có đạo hàm liên tục trên đoạn \lbrack\alpha;\beta\rbrack[α;β] sao cho \varphi(\alpha) = a;\varphi(b) = bφ(α)=a;φ(b)=ba \leq \varphi(t) \leq baφ(t)b với mọi t \in \lbrack\alpha;\beta\rbrackt[α;β].

Khi đó:

\int_{a}^{b}{f(x)dx} =
\int_{\alpha}^{\beta}{f\left( \varphi(t)
\right)\varphiabf(x)dx=αβf(φ(t))φ(t)dt

Từ định lý 1 ta rút ra các bước đổi biến số

1. Đặt x = \varphi(t)x=φ(t), ta xác định đoạn \lbrack\alpha;\beta\rbrack[α;β] sao cho \varphi(\alpha) = a,\varphi(\beta) = bφ(α)=a,φ(β)=ba \leq \varphi(t) \leq baφ(t)b, \forall t \in
\lbrack\alpha;\beta\rbrackt[α;β];

2. Biến đổi f(x)dx = f\left( \varphi(t)
\right)\varphif(x)dx=f(φ(t))φ(t)dt=g(t)dt

3. Tìm một nguyên hàm G(t)G(t) của g(t)g(t)

4. Tính \int_{\alpha}^{\beta}{g(t)dt} =
G(\beta) - G(\alpha)αβg(t)dt=G(β)G(α)

5. Kết luận \int_{a}^{b}{f(x)dx} =
G(\beta) - G(\alpha)abf(x)dx=G(β)G(α).

Ví dụ 1: Tính tích phân I =
\int_{0}^{3}{\frac{x^{2}}{(1 + x)^{3}}dx}I=03x2(1+x)3dx ?

A.I = ln4 + \frac{33}{32}I=ln4+3332  B. I = ln4 - \frac{4121}{4000}I=ln441214000
C.I = ln4 - 1I=ln41  D. I = ln4 - \frac{33}{32}I=ln43332

Đáp án D.

Lời giải

Đặt 1 + x = u \Rightarrow dx =
du1+x=udx=du.

Đổi cận x = 0 \Rightarrow u = 1;x = 3
\Rightarrow u = 4x=0u=1;x=3u=4

Khi đó I = \int_{1}^{4}{\frac{(u -
1)^{2}}{u^{3}}du} = \int_{1}^{4}\begin{matrix}
\frac{u^{2} - 2u + 1}{u^{2}}du 
\\
\end{matrix}I=14(u1)2u3du=14u22u+1u2du

= \int_{1}^{4}\left( \frac{1}{u} - \frac{2}{u^{2}} +
\frac{1}{u^{3}} \right)du = \left. \ \left( \ln|u| + \frac{2}{u} -
\frac{1}{2u^{2}} \right) \right|_{1}^{4}=14(1u2u2+1u3)du= (ln|u|+2u12u2)|14

= ln4 - \frac{33}{32}=ln43332

Định lý 2

Cho hàm số f(x)f(x) liên tục trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b]. Nếu hàm số u = u(x)u=u(x) có đạo hàm liên tục trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b]\alpha \leq u(x) \leq \betaαu(x)β với mọi x \in \lbrack a;b\rbrackx[a;b] sao cho f(x) = g\left( u(x) \right)uf(x)=g(u(x))u(x),g(u) liên tục trên đoạn \lbrack\alpha;\beta\rbrack[α;β] thì

\int_{a}^{b}{f(x)dx} =
\int_{u(a)}^{u(b)}{g(u)du}abf(x)dx=u(a)u(b)g(u)du

Từ định lý 2 ta rút ra các bước đổi biến số

1. Đặt u = u(x)u=u(x),

2. Biến đổi f(x)dx = g(u)duf(x)dx=g(u)du.

3. Tìm một nguyên hàm G(u)G(u) của g(u)g(u).

4. Tính \int_{u(a)}^{u(b)}{g(u)du} =
G\left( u(b) \right) - G\left( u(a) \right)u(a)u(b)g(u)du=G(u(b))G(u(a)).

5. Kết luận \int_{a}^{b}{f(x)dx} =
G\left( u(b) \right) - G\left( u(a) \right)abf(x)dx=G(u(b))G(u(a))

Ví dụ 2: Tính tích phân I =
\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}{sin^{2}x.cosxdx}I=0π2sin2x.cosxdx?

A. I = \frac{1}{2}I=12  B. I = \frac{1}{3}I=13  C.I = \frac{2}{3}I=23  D. I = \frac{1}{5}I=15

Đáp án B.

Lời giải

Đặt u = \sin xu=sinx, ta có

sin^{2}x\cos xdx = sin^{2}x\left( \sin x
\right)sin2xcosxdx=sin2x(sinx)dx=u2du.

Hàm số g(u) = u^{2};u \in \lbrack
0;1\rbrackg(u)=u2;u[0;1] do \left( u(0) =
0;u\left( \frac{\pi}{2} \right) = 1 \right)(u(0)=0;u(π2)=1) có nguyên hàm G(u) = \frac{u^{3}}{3}G(u)=u33.

Vậy \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}{sin^{2}x\cos
xdx} = \int_{0}^{1}{u^{2}du} = \left. \ \frac{u^{3}}{3} \right|_{0}^{1}
= \frac{1}{3}0π2sin2xcosxdx=01u2du= u33|01=13.

2. Phương pháp tích phân từng phần

Tương tự tính nguyên hàm từng phần, ta có định lý sau:

Nếu u = u(x)u=u(x)v = v(x)v=v(x) là hai hàm số có đạo hàm liên tục trên đoạn \lbrack a;b\rbrack[a;b] thì

\int_{a}^{b}{u(x)vabu(x)v(x)dx= (u(x)v(x))|ababu(x)v(x)dx hay \int_{a}^{b}{udv} = \left. \ uv \right|_{a}^{b} -
\int_{a}^{b}{vdu}abudv= uv|ababvdu

Chú ý: Trong thực tế, đôi khi việc sử dụng phương pháp tính tích phân từng phần phải linh hoạt, đôi khi phải dự đoán khác thường như ví dụ 1 dưới đây.

Ta có bảng sau

  \int_{}^{}{P(x)e^{x}dx}P(x)exdx \int_{}^{}{P(x)\cos xdx}P(x)cosxdx \int_{}^{}{P(x)\ln xdx}P(x)lnxdx
uu P(x)P(x) P(x)P(x) \ln xlnx
dvdv e^{x}dxexdx \cos xdxcosxdx P(x)dxP(x)dx

Ví dụ 3: Cho I = \int_{1}^{2}{\left(
1 + x + \frac{1}{x} \right)e^{x - \frac{1}{x}}dx} = ae^{b} - cI=12(1+x+1x)ex1xdx=aebc với a;b;c\mathbb{\in R}a;b;cR; a \neq 0a0. Lúc này S = a + b + cS=a+b+c có giá trị bằng:

A. S = - \frac{1}{2}S=12  B. S = - \frac{3}{2}S=32  C. S = \frac{1}{3}S=13  D. S = \dfrac{9}{2}S=92

Đáp án D.

Lời giải

Ta có I = \int_{1}^{2}{\left( 1 + x +
\frac{1}{x} \right)e^{x - \frac{1}{x}}}dx = \int_{1}^{2}{e^{x -
\frac{1}{x}}dx} + \int_{1}^{2}{\left( x + \frac{1}{x} \right)e^{x -
\frac{1}{x}}dx}I=12(1+x+1x)ex1xdx=12ex1xdx+12(x+1x)ex1xdx (1)

Đặt I_{1} = \int_{1}^{2}{e^{x -
\frac{1}{x}}dx}I1=12ex1xdx.

Đặt \left\{ \begin{matrix}
u = e^{x - \frac{1}{x}} \Rightarrow du = \left( 1 + \frac{1}{x^{2}}
\right)e^{x - \frac{1}{x}}dx \\
dv = dx \Rightarrow v = x \\
\end{matrix} \right.{u=ex1xdu=(1+1x2)ex1xdxdv=dxv=x

Theo công thức tích phân từng phần ta có I_{1} = \left. \ xe^{x - \frac{1}{x}}
\right|_{1}^{2} - \int_{1}^{2}{\left( x + \frac{1}{x} \right)e^{x -
\frac{1}{x}}dx}I1= xex1x|1212(x+1x)ex1xdx (2)

Từ (1); (2) ta có

I = \left. \ x.e^{x - \frac{1}{x}}
\right|_{1}^{2} - \int_{1}^{2}{\left( x + \frac{1}{x} \right)e^{x -
\frac{1}{x}}dx} + \int_{1}^{2}{\left( x + \frac{1}{x} \right)e^{x -
\frac{1}{x}}dx}I= x.ex1x|1212(x+1x)ex1xdx+12(x+1x)ex1xdx

= \left. \ x.e^{x - \frac{1}{x}}
\right|_{1}^{2} = 2.e^{2 - \frac{1}{2}} - 1.e^{1 - \frac{1}{1}} =
2.e^{\frac{3}{2}} - 1= x.ex1x|12=2.e2121.e111=2.e321

\Rightarrow a = 2;b = \frac{3}{2};c = 1
\Rightarrow a + b + c = \frac{9}{2}a=2;b=32;c=1a+b+c=92.

Nhận xét: Ta thấy trong bài toán bên việc sử dụng tích phân từng phần ở đây rất thông minh khi phát hiện được \left( x - \frac{1}{x} \right)^{/} = 1 +\frac{1}{x^{2}}(x1x)/=1+1x2 khi nhân thêm x sẽ triệt tiêu được \int_{1}^{2}{\left( x + \frac{1}{x}
\right)e^{x - \frac{1}{x}}dx}12(x+1x)ex1xdx.

Chia sẻ, đánh giá bài viết
1
Chọn file muốn tải về:
Đóng Chỉ thành viên VnDoc PRO/PROPLUS tải được nội dung này!
Đóng
79.000 / tháng
Đặc quyền các gói Thành viên
PRO
Phổ biến nhất
PRO+
Tải tài liệu Cao cấp 1 Lớp
Tải tài liệu Trả phí + Miễn phí
Xem nội dung bài viết
Trải nghiệm Không quảng cáo
Làm bài trắc nghiệm không giới hạn
Mua cả năm Tiết kiệm tới 48%
Xác thực tài khoản!

Theo Nghị định 147/2024/ND-CP, bạn cần xác thực tài khoản trước khi sử dụng tính năng này. Chúng tôi sẽ gửi mã xác thực qua SMS hoặc Zalo tới số điện thoại mà bạn nhập dưới đây:

Số điện thoại chưa đúng định dạng!
Số điện thoại này đã được xác thực!
Bạn có thể dùng Sđt này đăng nhập tại đây!
Lỗi gửi SMS, liên hệ Admin
Sắp xếp theo
🖼️

Gợi ý cho bạn

Xem thêm
🖼️

Chuyên đề Toán 12

Xem thêm
Chia sẻ
Chia sẻ FacebookChia sẻ TwitterSao chép liên kếtQuét bằng QR Code
Mã QR Code
Đóng