高三下∫ 微積分
變數代換積分法
Integration by Substitution
公式
∫f(g(x))·g′(x)dx = ∫f(u)du,令 u = g(x)
連鎖律反過來用。看到「某個式子和它的導數同時出現」就代換。
白話解釋
變數代換是**連鎖律的反向操作**。微分合成函數時會多出一個內層導數,積分時就要把它認出來、換掉。
判斷時機的訊號很明確:被積分式裡出現**某個式子 g(x),而它的導數 g′(x) 也在旁邊**(可以差一個常數倍)。
以 ∫2x·(x²+1)⁵ dx 為例:看到 (x²+1) 和它的導數 2x 同時出現,令 **u = x² + 1**,則 du = 2x dx。整個積分變成 ∫u⁵ du = u⁶/6 + C,最後把 u 換回去得 (x²+1)⁶/6 + C。
操作要點: **du 一定要一起換**,不能只換 u 而留著 dx; 如果 g′(x) 只差一個常數倍,可以在積分外乘除常數補回來(但**變數不能**這樣搬進搬出); **不定積分算完要把 u 換回 x**,這是最常忘的收尾。
**定積分**做代換時有兩種選擇:換回 x 再代原上下限,或者**直接把上下限也換成 u 的值**。後者更快,但務必記得換——上下限沒換是定積分代換最經典的錯誤。
常見的可代換型:∫(ax+b)ⁿdx、∫sin(ax)dx、∫f′(x)/f(x)dx(結果是 ln|f(x)|)。
什麼時候用
被積分式含合成函數、指數或三角的複合形式。
最容易錯的地方
- 只換 u 沒換 du。
- 定積分代換後上下限沒跟著換。
- 不定積分算完忘記換回原變數。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
∫2x(x²+1)⁵ dx,令 u = x²+1,則 du = ? dx
- 2
承上,積分結果是 (x²+1)⁶ / ?
- 3
∫(2x+1)³ dx = (2x+1)⁴ / ?