Определение первообразной и неопределенного интеграла

Первообразная и неопределенный интеграл

Интегрирование — одна из фундаментальных операций математического анализа, обратная дифференцированию. Понятие первообразной лежит в основе интегрального исчисления.

💡 Историческая справка: Понятие интеграла было разработано независимо Ньютоном и Лейбницем в конце XVII века и стало основой для решения множества физических и геометрических задач.

Определение первообразной функции

📚 Формальное определение

Функция $F(x)$ называется первообразной функции $f(x)$ на промежутке $X$ , если в каждой точке этого промежутка выполняется:

F'(x) = f(x)

✅ Примеры первообразных

Для

f(x) = 2x

первообразная:

F(x) = x^2

Для

f(x) = \cos x

первообразная:

F(x) = \sin x

Для

f(x) = e^x

первообразная:

F(x) = e^x

Для

f(x) = \frac{1}{x}

первообразная:

F(x) = \ln|x|

🔍 Важные особенности

Первообразная определяется с точностью до константы
Если F(x) — первообразная, то F(x) + C тоже первообразная
Не у всякой функции существует первообразная
Первообразная непрерывной функции всегда существует

Неопределенный интеграл

📚 Формальное определение

Неопределенный интеграл — это множество всех первообразных функции $f(x)$ :

\int f(x) dx = F(x) + C

где $C$ — произвольная постоянная (константа интегрирования).

📝 Обозначения и термины

\int

— знак интеграла (от лат. "summa")

f(x)

— подынтегральная функция

dx

— дифференциал переменной интегрирования

F(x)

— первообразная функция

C

— постоянная интегрирования

🎯 Свойства константы интегрирования

Константа C может принимать любое действительное значение
Производная от константы всегда равна нулю
При решении конкретных задач C определяется из дополнительных условий
В физических задачах C часто имеет смысл начального условия

Связь интегрирования и дифференцирования

Дифференцирование интеграла

\left( \int f(x) dx \right)' = f(x)

Производная от неопределенного интеграла равна подынтегральной функции.

Интегрирование производной

\int F'(x) dx = F(x) + C

Интеграл от производной функции равен самой функции плюс константа.

🔄 Интегрирование и дифференцирование — взаимно обратные операции

Дифференцирование:

F(x) \xrightarrow{\frac{d}{dx}} F'(x)

Интегрирование:

f(x) \xrightarrow{\int dx} F(x) + C

Геометрический смысл неопределенного интеграла

📊 Семейство кривых

Неопределенный интеграл представляет семейство кривых (первообразных), которые отличаются друг от друга постоянным слагаемым (вертикальным сдвигом).

Каждая кривая — это график одной из первообразных
Все кривые параллельны друг другу
В каждой точке x все кривые имеют одинаковый наклон
Константа C определяет вертикальное положение кривой

🎯 Физическая интерпретация

В физике неопределенный интеграл часто описывает процессы восстановления величины по известной скорости ее изменения.

Пример: Если v(t) — скорость, то ∫v(t)dt — путь + константа

Пример: Если a(t) — ускорение, то ∫a(t)dt — скорость + константа

Константа C соответствует начальным условиям задачи

💡 Наглядная аналогия: Представьте, что у вас есть несколько одинаковых профилей гор, сдвинутых по высоте. Каждый профиль — это график первообразной, а семейство всех таких профилей — неопределенный интеграл.

Основные свойства неопределенного интеграла

📋 Линейность интеграла

\int [f(x) + g(x)] dx = \int f(x) dx + \int g(x) dx

\int k \cdot f(x) dx = k \cdot \int f(x) dx

где k — постоянная величина

📋 Инвариантность формы

\int f(x) dx = F(x) + C

\int f(u) du = F(u) + C

Форма интеграла не зависит от обозначения переменной интегрирования

🔗 Производные и интегралы основных функций

Функция f(x)	Производная f'(x)	Первообразная ∫f(x)dx
$x^n$	$nx^{n-1}$	$\frac{x^{n+1}}{n+1} + C$
$\sin x$	$\cos x$	$-\cos x + C$
$\cos x$	$-\sin x$	$\sin x + C$
$e^x$	$e^x$	$e^x + C$

🧠 Шпаргалка для запоминания

Ключевые определения

Первообразная: F'(x) = f(x)
Неопределенный интеграл: ∫f(x)dx = F(x) + C
Константа интегрирования: произвольная постоянная C
Связь операций: (∫f(x)dx)' = f(x)
Линейность: ∫[af(x) + bg(x)]dx = a∫f(x)dx + b∫g(x)dx

Практические советы

Всегда добавляйте константу C при интегрировании
Проверяйте результат дифференцированием
Помните об области определения функций
Используйте таблицу основных интегралов
Обращайте внимание на особые точки функций

Таблица основных неопределенных интегралов

Таблица основных интегралов

Таблица основных неопределенных интегралов — фундаментальный инструмент для решения задач интегрирования. Эти формулы следует знать наизусть, так как они являются базой для более сложных методов интегрирования.

💡 Совет: Для запоминания таблицы интегралов полезно сопоставлять их с таблицей производных — интегрирование является обратной операцией.

Степенные функции

Функция	Интеграл	Условия	Примечания
$x^n$	$\frac{x^{n+1}}{n+1} + C$	$n \neq -1$	Основная формула интегрирования степенной функции
$1$	$x + C$	-	Частный случай при n = 0
$x$	$\frac{x^2}{2} + C$	-	Частный случай при n = 1
$\sqrt{x}$	$\frac{2}{3}x^{3/2} + C$	$x > 0$	$\sqrt{x} = x^{1/2}$
$\frac{1}{x^2}$	$-\frac{1}{x} + C$	$x \neq 0$	$\frac{1}{x^2} = x^{-2}$

⚠️ Важное исключение: При $n = -1$ формула $\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C$ не работает, так как знаменатель обращается в ноль. В этом случае используется интеграл $\int \frac{1}{x} dx = \ln|x| + C$ .

Показательные функции

Функция	Интеграл	Условия	Примечания
$a^x$	$\frac{a^x}{\ln a} + C$	$a > 0, a \neq 1$	Общий случай показательной функции
$e^x$	$e^x + C$	-	Экспонента — собственная первообразная
$e^{kx}$	$\frac{1}{k}e^{kx} + C$	$k \neq 0$	Обобщение для экспоненты с коэффициентом

Тригонометрические функции

Прямые тригонометрические функции

\int \sin x dx = -\cos x + C

\int \cos x dx = \sin x + C

\int \tan x dx = -\ln|\cos x| + C

\int \cot x dx = \ln|\sin x| + C

Квадраты тригонометрических функций

\int \frac{dx}{\cos^2 x} = \tan x + C

\int \frac{dx}{\sin^2 x} = -\cot x + C

\int \sec^2 x dx = \tan x + C

\int \csc^2 x dx = -\cot x + C

Дополнительные тригонометрические интегралы

\int \sec x \tan x dx = \sec x + C

\int \csc x \cot x dx = -\csc x + C

\int \sec x dx = \ln|\sec x + \tan x| + C

\int \csc x dx = \ln|\csc x - \cot x| + C

Интегралы от дробно-рациональных функций

Функция	Интеграл	Область определения	Результат
$\frac{1}{x}$	$\ln \|x\| + C$	$x \neq 0$	Натуральный логарифм
$\frac{1}{1+x^2}$	$\arctan x + C$	$x \in \mathbb{R}$	Арктангенс
$\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}$	$\arcsin x + C$	$\|x\| < 1$	Арксинус
$\frac{1}{\sqrt{x^2+1}}$	$\ln\|x + \sqrt{x^2+1}\| + C$	$x \in \mathbb{R}$	Ареасинус (arsh x)
$\frac{1}{\sqrt{x^2-1}}$	$\ln\|x + \sqrt{x^2-1}\| + C$	$\|x\| > 1$	Ареакосинус (arch x)

Гиперболические функции

Прямые гиперболические функции

\int \sinh x dx = \cosh x + C

\int \cosh x dx = \sinh x + C

\int \tanh x dx = \ln|\cosh x| + C

\int \coth x dx = \ln|\sinh x| + C

Квадраты гиперболических функций

\int \frac{dx}{\cosh^2 x} = \tanh x + C

\int \frac{dx}{\sinh^2 x} = -\coth x + C

\int \sech^2 x dx = \tanh x + C

\int \csch^2 x dx = -\coth x + C

🧠 Практические советы по использованию таблицы

Методы запоминания

Учите интегралы группами (степенные, показательные, тригонометрические)
Сопоставляйте с таблицей производных
Регулярно решайте задачи на прямое интегрирование
Используйте мнемонические правила
Составляйте свои шпаргалки с ключевыми формулами

Частые ошибки

Забывают добавлять константу интегрирования C
Путают интегралы от sin x и cos x
Неправильно применяют формулу для $\int x^n dx$ при n = -1
Забывают про модуль в $\int \frac{1}{x} dx$
Не проверяют область определения подынтегральной функции

Методы интегрирования

Методы интегрирования — набор приемов и техник для нахождения интегралов функций, которые не могут быть непосредственно проинтегрированы с помощью таблицы основных интегралов.

💡 Основной принцип: Сведение сложного интеграла к комбинации простых, которые можно найти по таблице основных интегралов.

Метод замены переменной (подстановки)

📋 Основная формула

\int f(g(x)) \cdot g'(x) dx = \int f(u) du

где $u = g(x)$ , $du = g'(x)dx$

🎯 Алгоритм применения

Выбрать подстановку $u = g(x)$
Найти дифференциал $du = g'(x)dx$
Выразить dx через du
Подставить в исходный интеграл
Проинтегрировать по u
Вернуться к исходной переменной

💡 Когда применять

В интеграле есть композиция функций
Присутствует производная внутренней функции
Интеграл содержит сложные аргументы
Нужно упростить подынтегральное выражение

📝 Пример: Замена переменной

Вычислить: $\int \sin(2x) dx$

Шаг 1: Выбираем подстановку:

u = 2x

Шаг 2: Находим дифференциал:

du = 2dx \Rightarrow dx = \frac{du}{2}

Шаг 3: Подставляем в интеграл:

\int \sin(2x) dx = \int \sin u \cdot \frac{du}{2} = \frac{1}{2} \int \sin u du

Шаг 4: Интегрируем:

= \frac{1}{2} (-\cos u) + C = -\frac{1}{2} \cos u + C

Шаг 5: Возвращаемся к x:

= -\frac{1}{2} \cos(2x) + C

Ответ:

\int \sin(2x) dx = -\frac{1}{2} \cos(2x) + C

Интегрирование по частям

📋 Основная формула

\int u dv = uv - \int v du

или в дифференциальной форме: $\int u \cdot v' dx = u \cdot v - \int u' \cdot v dx$

🎯 Правило выбора u и dv

Правило ЛИПЕТ (LIPET):

Логарифмические функции
Инверсные тригонометрические
Показательные функции
Експоненциальные (eˣ)
Тригонометрические

Выбирайте u в порядке приоритета сверху вниз.

💡 Когда применять

Интегралы от произведений функций
Интегралы, содержащие логарифмы
Интегралы от обратных тригонометрических функций
Когда другие методы не работают

📝 Пример: Интегрирование по частям

Вычислить: $\int x e^x dx$

Шаг 1: Выбираем u и dv:

u = x \Rightarrow du = dx

dv = e^x dx \Rightarrow v = e^x

Шаг 2: Применяем формулу:

\int x e^x dx = x e^x - \int e^x dx

Шаг 3: Вычисляем оставшийся интеграл:

= x e^x - e^x + C

Ответ:

\int x e^x dx = e^x(x - 1) + C

Интегрирование рациональных функций

📋 Основной метод

Рациональные функции вида $\frac{P(x)}{Q(x)}$ , где P(x) и Q(x) — многочлены, интегрируются методом разложения на простейшие дроби.

🎯 Алгоритм разложения

Если степень P(x) ≥ степени Q(x), выделить целую часть
Разложить знаменатель Q(x) на множители
Записать разложение на простейшие дроби
Найти коэффициенты разложения
Проинтегрировать каждую простейшую дробь

📊 Типы простейших дробей

\frac{A}{x - a}

→

A \ln|x - a| + C

\frac{A}{(x - a)^n}

→

\frac{A}{(1-n)(x-a)^{n-1}} + C

\frac{Ax + B}{x^2 + px + q}

→ метод выделения полного квадрата

📝 Пример: Разложение на простейшие дроби

Вычислить: $\int \frac{dx}{x^2 - 1}$

Шаг 1: Разложим знаменатель:

x^2 - 1 = (x - 1)(x + 1)

Шаг 2: Запишем разложение:

\frac{1}{x^2 - 1} = \frac{A}{x - 1} + \frac{B}{x + 1}

Шаг 3: Найдем коэффициенты:

1 = A(x + 1) + B(x - 1)

A = \frac{1}{2}, B = -\frac{1}{2}

Шаг 4: Подставим в интеграл:

\int \frac{dx}{x^2 - 1} = \frac{1}{2} \int \frac{dx}{x - 1} - \frac{1}{2} \int \frac{dx}{x + 1}

Шаг 5: Проинтегрируем:

= \frac{1}{2} \ln|x - 1| - \frac{1}{2} \ln|x + 1| + C

Ответ:

\int \frac{dx}{x^2 - 1} = \frac{1}{2} \ln\left|\frac{x - 1}{x + 1}\right| + C

Интегрирование тригонометрических функций

📋 Основные приемы

Понижение степени: использование формул $\sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}$
Разложение на сумму: $\sin mx \cos nx = \frac{1}{2}[\sin(m+n)x + \sin(m-n)x]$
Универсальная подстановка: $t = \tan\frac{x}{2}$
Использование тригонометрических тождеств

💡 Полезные формулы

\sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}

\cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2}

\sin x \cos x = \frac{1}{2} \sin 2x

1 + \tan^2 x = \frac{1}{\cos^2 x}

📝 Пример: Интегрирование тригонометрической функции

Вычислить: $\int \sin^2 x dx$

Шаг 1: Понижаем степень:

\sin^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2}

Шаг 2: Подставляем в интеграл:

\int \sin^2 x dx = \int \frac{1 - \cos 2x}{2} dx = \frac{1}{2} \int (1 - \cos 2x) dx

Шаг 3: Интегрируем почленно:

= \frac{1}{2} \left( \int dx - \int \cos 2x dx \right)

Шаг 4: Вычисляем интегралы:

= \frac{1}{2} \left( x - \frac{1}{2} \sin 2x \right) + C

Ответ:

\int \sin^2 x dx = \frac{1}{2} x - \frac{1}{4} \sin 2x + C

Дополнительные методы интегрирования

Универсальная тригонометрическая подстановка

$t = \tan\frac{x}{2}$ , тогда:

\sin x = \frac{2t}{1+t^2}

\cos x = \frac{1-t^2}{1+t^2}

dx = \frac{2dt}{1+t^2}

Преобразует любую рациональную функцию от sin x и cos x в рациональную функцию от t.

Интегрирование иррациональных функций

Подстановка Эйлера: для интегралов с квадратными корнями
Тригонометрические подстановки: при наличии выражений вида $\sqrt{a^2 - x^2}$
Подстановка для дробно-линейных иррациональностей

🚨 Важные замечания

✅ Что проверять

Правильность выбора метода интегрирования
Выполнение условий применения метода
Область определения подынтегральной функции
Возможность упрощения перед интегрированием
Результат дифференцированием первообразной

❌ Частые ошибки

Неправильный выбор u и dv в интегрировании по частям
Ошибки в разложении на простейшие дроби
Забывают вернуться к исходной переменной после замены
Неправильное применение тригонометрических формул
Арифметические ошибки при вычислениях

Определенный интеграл

Определенный интеграл — одно из фундаментальных понятий математического анализа, которое обобщает идею площади для криволинейных фигур и находит многочисленные применения в физике, технике и экономике.

Определение через предел интегральных сумм

\int_a^b f(x) dx = \lim_{\max \Delta x_i \to 0} \sum_{i=1}^n f(\xi_i) \Delta x_i

📐 Обозначения в формуле

[a, b]

— отрезок интегрирования

\Delta x_i

— длина i-го отрезка разбиения

\xi_i

— точка в i-ом отрезке разбиения

f(\xi_i) \Delta x_i

— площадь элементарного прямоугольника

\sum

— интегральная сумма (сумма площадей прямоугольников)

📊 Процесс интегрирования

Отрезок [a, b] разбивается на n частей
В каждой части выбирается точка $\xi_i$
Строятся прямоугольники с высотой $f(\xi_i)$
Вычисляется сумма площадей прямоугольников
Предел при стремлении max Δxᵢ → 0 дает точное значение интеграла

💡 Физическая интерпретация: Если f(x) представляет скорость изменения величины, то интеграл дает общее изменение этой величины на промежутке [a, b].

Формула Ньютона-Лейбница

\int_a^b f(x) dx = F(b) - F(a)

где F(x) — любая первообразная функции f(x)

🎯 Алгоритм вычисления

Найти первообразную F(x) функции f(x)
Вычислить значение F(x) в верхнем пределе: F(b)
Вычислить значение F(x) в нижнем пределе: F(a)
Найти разность: F(b) - F(a)
Записать ответ

📝 Обозначение разности

F(b) - F(a) = F(x)\big|_a^b

= [F(x)]_a^b

= F(x)\big|_{x=a}^{x=b}

Все эти обозначения эквивалентны и означают F(b) - F(a)

📝 Пример: Применение формулы Ньютона-Лейбница

Вычислить: $\int_0^1 x^2 dx$

Шаг 1: Находим первообразную:

F(x) = \frac{x^3}{3}

Шаг 2: Вычисляем значения в пределах:

F(1) = \frac{1^3}{3} = \frac{1}{3}

F(0) = \frac{0^3}{3} = 0

Шаг 3: Находим разность:

F(1) - F(0) = \frac{1}{3} - 0 = \frac{1}{3}

Ответ:

\int_0^1 x^2 dx = \frac{1}{3}

Геометрический смысл определенного интеграла

S = \int_a^b f(x) dx

Определенный интеграл численно равен площади криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции y = f(x), осью OX и прямыми x = a, x = b.

📐 Криволинейная трапеция

Основание: отрезок [a, b] на оси OX
Верхняя граница: график функции y = f(x)
Боковые границы: вертикальные прямые x = a и x = b
Нижняя граница: отрезок оси OX между a и b

📏 Особые случаи

Если f(x) ≥ 0 на [a, b], то интеграл дает площадь

Если f(x) ≤ 0 на [a, b], то интеграл отрицателен

Если f(x) меняет знак, интеграл дает алгебраическую сумму площадей

Площадь всегда положительна:

S = \left| \int_a^b f(x) dx \right|

🎯 Практическое применение: Вычисление площадей сложных фигур, объемов тел вращения, работы переменной силы и многих других физических величин.

Свойства определенного интеграла

📋 Линейность

\int_a^b [\alpha f(x) + \beta g(x)] dx = \alpha \int_a^b f(x) dx + \beta \int_a^b g(x) dx

\int_a^b [\alpha f(x) + \beta g(x)] dx = \alpha \int_a^b f(x) dx + \beta \int_a^b g(x) dx

Интеграл от линейной комбинации функций равен линейной комбинации интегралов.

📋 Аддитивность

\int_a^b f(x) dx = \int_a^c f(x) dx + \int_c^b f(x) dx

\int_a^b f(x) dx = \int_a^c f(x) dx + \int_c^b f(x) dx

Интеграл по всему отрезку равен сумме интегралов по его частям.

📋 Замена пределов интегрирования

\int_a^b f(x) dx = -\int_b^a f(x) dx

При изменении направления интегрирования интеграл меняет знак.

📋 Интеграл на вырожденном отрезке

\int_a^a f(x) dx = 0

Интеграл по отрезку нулевой длины равен нулю.

📋 Интеграл нечетной функции

\int_{-a}^a f(x) dx = 0 \quad \text{если } f(-x) = -f(x)

\int_{-a}^a f(x) dx = 0 \quad \text{если } f(-x) = -f(x)

На симметричном отрезке интеграл нечетной функции равен нулю.

📋 Интеграл четной функции

\int_{-a}^a f(x) dx = 2 \int_0^a f(x) dx \quad \text{если } f(-x) = f(x)

\int_{-a}^a f(x) dx = 2 \int_0^a f(x) dx \quad \text{если } f(-x) = f(x)

На симметричном отрезке интеграл четной функции удваивается.

5Физические приложения определенного интеграла

⚡ Работа переменной силы

A = \int_a^b F(x) dx

Если сила F зависит от положения x, работа вычисляется интегрированием.

📏 Путь при переменной скорости

S = \int_{t_1}^{t_2} v(t) dt

Путь равен интегралу от скорости по времени.

⚖️ Масса неоднородного стержня

m = \int_0^L \rho(x) dx

где ρ(x) — линейная плотность в точке x.

💧 Объем тела вращения

V = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx

Объем тела, полученного вращением кривой y = f(x) вокруг оси OX.

🧠 Шпаргалка для запоминания

Ключевые формулы

$\int_a^b f(x) dx = F(b) - F(a)$ — формула Ньютона-Лейбница
$S = \int_a^b f(x) dx$ — геометрический смысл
$\int_a^b f(x) dx = -\int_b^a f(x) dx$ — замена пределов
$\int_{-a}^a f(x) dx = 0$ для нечетных функций
$\int_{-a}^a f(x) dx = 2\int_0^a f(x) dx$ для четных функций

Практические советы

Всегда проверяйте непрерывность функции на отрезке интегрирования
Помните о геометрическом смысле при решении задач на площади
Используйте свойства четности/нечетности для упрощения вычислений
В физических задачах внимательно определяйте пределы интегрирования
Проверяйте ответ дифференцированием найденной первообразной

Применение интегралов в математике и физике

Применение интегралов

Интегральное исчисление находит широкое применение в различных областях науки и техники. От вычисления площадей и объемов до решения сложных физических задач — интегралы являются мощным инструментом для моделирования и анализа реальных процессов.

💡 Универсальность: Интегралы позволяют решать задачи, которые невозможно решить методами элементарной математики, работая с непрерывно изменяющимися величинами.

Вычисление площадей плоских фигур

📐 Площадь под кривой

S = \int_a^b f(x) dx

Площадь криволинейной трапеции под графиком функции y = f(x)

📐 Площадь между кривыми

S = \int_a^b |f(x) - g(x)| dx

Площадь области между двумя кривыми y = f(x) и y = g(x)

📝 Пример: Площадь между параболой и прямой

Найти площадь фигуры, ограниченной линиями: y = x², y = 0, x = 1, x = 2

Решение:

S = \int_1^2 x^2 dx = \left[ \frac{x^3}{3} \right]_1^2 = \frac{8}{3} - \frac{1}{3} = \frac{7}{3}

Ответ:

S = \frac{7}{3}

квадратных единиц

Вычисление объемов тел вращения

🔄 Метод дисков (вращение вокруг OX)

V = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx

Объем тела, полученного вращением кривой y = f(x) вокруг оси OX

🔄 Метод цилиндрических оболочек (вращение вокруг OY)

V = 2\pi \int_a^b x f(x) dx

Объем тела, полученного вращением кривой y = f(x) вокруг оси OY

📝 Пример: Объем конуса

Найти объем конуса высотой H и радиусом основания R методом дисков

Решение: Уравнение образующей:

y = \frac{R}{H}x

V = \pi \int_0^H \left( \frac{R}{H}x \right)^2 dx = \pi \frac{R^2}{H^2} \int_0^H x^2 dx

= \pi \frac{R^2}{H^2} \left[ \frac{x^3}{3} \right]_0^H = \pi \frac{R^2}{H^2} \cdot \frac{H^3}{3} = \frac{1}{3}\pi R^2 H

Ответ:

V = \frac{1}{3}\pi R^2 H

— классическая формула объема конуса

Вычисление длины дуги кривой

L = \int_a^b \sqrt{1 + [f'(x)]^2} dx

Длина графика функции y = f(x) на отрезке [a, b]

📏 Параметрическая форма

L = \int_{t_1}^{t_2} \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} dt

Для кривой, заданной параметрически: x = x(t), y = y(t)

📏 Полярные координаты

L = \int_{\alpha}^{\beta} \sqrt{[r(\theta)]^2 + [r'(\theta)]^2} d\theta

Для кривой, заданной в полярных координатах: r = r(θ)

📝 Пример: Длина параболы

Найти длину дуги параболы y = x² от x = 0 до x = 1

Решение:

f'(x) = 2x

L = \int_0^1 \sqrt{1 + (2x)^2} dx = \int_0^1 \sqrt{1 + 4x^2} dx

Ответ: Длина вычисляется через табличный интеграл, результат выражается через гиперболические функции или численными методами

Физические приложения интегралов

⚡ Работа переменной силы

A = \int_a^b F(x) dx

Работа силы F(x) при перемещении из точки a в точку b

📏 Путь при переменной скорости

S = \int_{t_1}^{t_2} v(t) dt

Путь, пройденный телом с переменной скоростью v(t)

⚖️ Центр масс

x_c = \frac{\int x dm}{\int dm}

Координата центра масс системы

🔋 Электрический заряд

Q = \int i(t) dt

Заряд, протекший через проводник за время t

📝 Пример: Работа пружины

Найти работу по растяжению пружины на 0.1 м, если сила F = 100x Н

Решение:

A = \int_0^{0.1} 100x dx = 100 \left[ \frac{x^2}{2} \right]_0^{0.1} = 50 \cdot (0.01 - 0) = 0.5

Ответ: A = 0.5 Дж

Дополнительные приложения интегралов

📊 Статистика и теория вероятностей

Вычисление математического ожидания
Нахождение функции распределения
Вычисление дисперсии непрерывных случайных величин
Определение вероятности попадания в интервал

💼 Экономика и финансы

Вычисление совокупного дохода
Определение потребительского излишка
Расчет накопленных инвестиций
Моделирование экономического роста

🔬 Биология и медицина

Вычисление площади поверхности органов
Определение объема кровотока
Моделирование роста популяций
Расчет дозировки лекарств

🏗️ Техника и строительство

Расчет прочности материалов
Определение центра тяжести конструкций
Вычисление объемов резервуаров
Проектирование криволинейных поверхностей

🧠 Шпаргалка для запоминания

Ключевые формулы

Площадь: $S = \int_a^b f(x) dx$
Объем (диски): $V = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx$
Длина дуги: $L = \int_a^b \sqrt{1 + [f'(x)]^2} dx$
Работа: $A = \int F(x) dx$
Путь: $S = \int v(t) dt$

Практические советы

Всегда рисуйте график для геометрических задач
Определяйте пределы интегрирования по условию задачи
Проверяйте единицы измерения в физических задачах
Используйте симметрию для упрощения вычислений
Помните о физическом смысле каждой величины