分部積分法
Integration by Parts
∫u dv = uv − ∫v du
乘積律反過來用。選 u 的順序用 LIATE 口訣,選對了才會愈積愈簡單。
白話解釋
分部積分是**乘積律的反向操作**:由 (uv)′ = u′v + uv′ 移項積分,得到 **∫u dv = uv − ∫v du**。
它的用途是把一個難積的式子,換成另一個好積的式子。所以成敗完全取決於 **u 選得對不對**。
選 u 的口訣是 **LIATE**,按這個優先序挑 u: **L**og(對數)→ **I**nverse trig(反三角)→ **A**lgebraic(多項式)→ **T**rig(三角)→ **E**xponential(指數)。 排在前面的優先當 u,剩下的當 dv。
原理是:對數和多項式**微分後會變簡單**(適合當 u),而三角和指數**積分後不會變複雜**(適合當 dv)。
以 ∫x·eˣ dx 為例:A 排在 E 前面,所以 u = x、dv = eˣdx。則 du = dx、v = eˣ。 代入公式:x·eˣ − ∫eˣ dx = x·eˣ − eˣ + C = eˣ(x − 1) + C。
如果選反了(u = eˣ、dv = x dx),會得到 ∫(x²/2)eˣ dx,多項式次數不減反增,愈積愈難——這就是選錯 u 的徵兆,看到這種情況就換過來。
有些題目要用**兩次**分部積分(例如 ∫x²sin x dx);還有一類會「繞回原式」(例如 ∫eˣsin x dx),這時把原積分當未知數移項解出來即可。
什麼時候用
被積分式是兩類函數的乘積:多項式×指數、多項式×三角、含 ln。
最容易錯的地方
- u 和 dv 選反,愈積愈複雜。
- 公式中間的減號寫成加號。
- 求 v 時忘記那也是一次積分。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
∫x·eˣ dx 中,按 LIATE 應該選誰當 u?(填 x 或 e^x)
- 2
∫x·eˣ dx = eˣ(x − ?) + C
- 3
∫ln x dx = x·ln x − ? + C(填 x 的式子)