a) funzione razionale intera (polinomio)
∫
(
a
o
x
n
+
a
1
x
n
−
1
+
.
.
.
.
.
+
a
n
−
1
x
+
a
n
)
d
x
=
a
o
x
n
+
1
n
+
1
+
.
.
.
.
+
a
n
+
1
{\displaystyle \ \int _{}(a_{o}x^{n}+a_{1}x^{n-1}+.....+a_{n-1}x+a_{n})dx=a_{o}{\frac {x^{n+1}}{n+1}}+....+a_{n+1}}
b) funzione razionale fratta
:
A
(
x
)
B
(
x
)
{\displaystyle \ :\qquad {A(x) \over B(x)}}
Si suppone
A
{\displaystyle \ A}
di grado inferiore a
B
,
{\displaystyle \ B,}
altrimenti si farebbe la divisione di
A
{\displaystyle \ A}
per
B
{\displaystyle \ B}
e si avrebbe:
A
B
=
Q
+
R
B
{\displaystyle \ {A \over B}=Q+{R \over B}}
dove
Q
{\displaystyle \ Q}
è un polinomio e
R
B
{\displaystyle \ {R \over B}}
una frazione propria: Ora se il denominatore è tale che:
B
(
x
)
=
(
x
−
α
)
(
x
−
β
)
r
[
(
x
−
ϵ
)
2
+
δ
2
]
[
(
x
−
μ
)
2
+
ν
2
]
s
{\displaystyle \ B(x)=(x-\alpha )(x-\beta )^{r}[(x-\epsilon )^{2}+\delta ^{2}][(x-\mu )^{2}+\nu ^{2}]^{s}}
essendo:
α
{\displaystyle \ \alpha }
una radice reale semplice,
β
{\displaystyle \ \beta }
una radice reale multipla,
ϵ
±
i
δ
{\displaystyle \ \epsilon \pm i\delta }
due radici complesse semplici,
μ
±
i
ν
{\displaystyle \ \mu \pm i\nu }
due radici complesse multiple,
dell'equazione:
B
(
x
)
=
0
{\displaystyle \ B(x)=0}
, la frazione data si decompone nel seguente modo:
A
(
x
)
B
(
x
)
=
c
1
x
−
α
+
d
r
(
x
−
β
)
r
+
d
r
−
1
(
x
−
β
)
r
−
1
+
.
.
.
.
+
d
1
x
−
β
+
m
1
x
+
n
1
(
x
−
ϵ
)
2
+
δ
2
+
p
s
x
+
q
s
[
(
x
−
μ
)
2
+
ν
2
]
s
+
{\displaystyle {\frac {A(x)}{B(x)}}={\frac {c_{1}}{x-\alpha }}+{\frac {d_{r}}{(x-\beta )^{r}}}+{\frac {d_{r-1}}{(x-\beta )^{r-1}}}+....+{\frac {d_{1}}{x-\beta }}+{\frac {m_{1}x+n_{1}}{(x-\epsilon )^{2}+\delta ^{2}}}+{\frac {p_{s}x+q_{s}}{[(x-\mu )^{2}+\nu ^{2}]^{s}}}+}
+
p
s
−
1
x
+
q
s
−
1
[
(
x
−
μ
)
2
+
ν
2
]
s
−
1
+
.
.
.
.
+
p
1
x
+
q
1
(
x
−
μ
)
2
+
ν
2
{\displaystyle +{\frac {p_{s-1}x+q_{s-1}}{[(x-\mu )^{2}+\nu ^{2}]^{s-1}}}+....+{\frac {p_{1}x+q_{1}}{(x-\mu )^{2}+\nu ^{2}}}}
dove le costanti
c
1
,
d
i
,
m
i
,
n
i
,
p
i
,
q
i
{\displaystyle \ c_{1},d_{i},m_{i},n_{i},p_{i},q_{i}}
, si determinano riducendo i due membri a forma intera, confrontando i numeratori ottenuti, e risolvendo il sistema che si ottiene scrivendo che devono essere uguali i coefficienti delle stesse potenze della
x
{\displaystyle \ x}
dei due membri. L'integrazione della frazione
A
x
B
x
{\displaystyle {\frac {A_{x}}{B_{x}}}}
è ricondotta così ad un gruppo di integrali quasi tutti immediati
c formule risolutive notevoli
∫
A
(
x
)
d
x
(
x
−
α
1
)
(
x
−
α
2
)
.
.
.
.
(
x
−
α
n
)
=
∑
i
=
1
n
c
i
l
o
g
(
x
−
α
i
)
{\displaystyle \ \int _{}{\frac {A(x)dx}{(x-\alpha _{1})(x-\alpha _{2})....(x-\alpha _{n})}}=\sum _{i=1}^{n}c_{i}\ log(x-\alpha _{i})}
∫
d
x
(
a
x
2
+
b
)
2
=
∑
i
=
1
i
=
n
c
i
l
o
g
(
x
−
α
i
)
(
a
x
2
+
b
)
n
−
1
+
c
n
I
o
(
x
)
{\displaystyle \ \int _{}{\frac {dx}{(ax^{2}+b)^{2}}}={\frac {\sum _{i=1}^{i=n}c_{i}\ log(x-\alpha _{i})}{(ax^{2}+b)^{n-1}}}+c_{n}I_{o}(x)}
dove
I
o
(
x
)
=
∫
d
x
a
x
2
+
b
{\displaystyle \ I_{o}(x)=\ \int _{}{\frac {dx}{ax^{2}+b}}}
∫
A
(
x
)
d
x
(
a
x
+
b
)
n
=
∑
i
=
1
n
−
1
c
i
x
i
−
1
(
a
x
+
b
)
n
−
1
+
c
n
log
(
a
x
+
b
)
.
{\displaystyle \ \int _{}^{}{A(x)\ dx \over (ax+b)^{n}}={\sum _{i=1}^{n-1}c_{i}\ x^{i-1} \over (ax+b)^{n-1}}+c_{n}\log(ax+b)\ .}
∫
A
(
x
)
(
x
2
+
b
)
n
d
x
=
∑
i
=
1
2
n
−
2
c
i
x
i
−
1
(
a
x
2
+
b
)
n
−
1
+
c
2
n
−
1
log
(
a
x
2
+
b
)
+
c
2
n
I
0
(
x
)
.
{\displaystyle \ \int _{}^{}{A(x) \over (x^{2}+b)^{n}}\ dx={\sum _{i=1}^{2n-2}c_{i}\ x^{i-1} \over (ax^{2}+b)^{n-1}}+c_{2n-1}\log(ax^{2}+b)+c_{2n}\ I_{0}(x)\ .}
∫
A
(
x
)
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
n
d
x
=
∑
i
=
1
2
n
−
2
c
i
x
i
−
1
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
n
−
1
+
c
2
n
−
1
log
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
+
c
2
n
I
¯
0
(
x
)
,
{\displaystyle \ \int _{}^{}{A(x) \over (ax^{2}+bx+c)^{n}}\ dx={\sum _{i=1}^{2n-2}\ c_{i}\ x^{i-1} \over (ax^{2}+bx+c)^{n-1}}+c_{2n-1}\log(ax^{2}+bx+c)+c_{2n}\ {\bar {I}}_{0}(x)\ ,}
dove
I
¯
0
(
x
)
=
∫
d
x
a
x
2
+
b
x
+
c
.
{\displaystyle \ {\bar {I}}_{0}(x)=\int _{}^{}{dx \over ax^{2}+bx+c\ .}}
Per determinare le costanti
c
i
{\displaystyle \ c_{i}}
si possono derivare i due membri delle formule precedenti, ridurre a forma intera i risultati e confrontare i numeratori per dedurre un sistema da risolvere rispetto alle costanti stesse.
a
)
∫
F
[
x
,
(
a
x
+
b
)
m
n
,
(
a
x
+
b
)
p
q
.
.
.
.
(
a
x
+
b
)
r
s
]
d
x
{\displaystyle a)\qquad \int _{}{}F[x,(ax+b)^{m \over n},(ax+b)^{p \over q}....(ax+b)^{r \over s}]dx}
con
F
{\displaystyle \ F}
simbolo di funzione razionale.
Ponendo:
a
x
+
b
=
t
μ
{\displaystyle \ ax+b=t^{\mu }}
dove
μ
=
m
.
c
.
m
(
n
,
q
,
.
.
.
s
)
,
{\displaystyle \ \mu =m.c.m(n,q,...s),}
da cui:
a
d
x
=
μ
t
μ
−
1
d
t
{\displaystyle a\ dx=\mu t^{\mu -1}dt}
, l'integrale diventa:
∫
F
(
t
μ
−
b
a
,
t
m
q
1
,
t
p
q
2
,
.
.
.
t
r
q
k
)
μ
a
t
μ
−
1
d
t
{\displaystyle \int _{}{}F({t^{\mu }-b \over a},\ t^{mq_{1}},\ t^{pq_{2}},...t^{rq_{k}}){\mu \over a}\ t^{\mu -1}dt}
con:
q
1
=
μ
n
,
q
2
=
μ
q
,
.
.
.
.
q
k
=
μ
s
,
{\displaystyle \ q_{1}={\mu \over n},\ q_{2}={\mu \over q},\ ....q_{k}={\mu \over s},}
e si è così ricondotti all'integrale di una funzione razionale.
esempio
1
∫
d
x
1
+
x
{\displaystyle 1\qquad \int _{}{}{dx \over 1+{\sqrt {x}}}}
Ponendo
x
=
t
2
,
d
x
=
2
t
d
t
,
t
=
x
{\displaystyle \ x=t^{2},\ dx=2\ t\ dt,\ t={\sqrt {x}}}
si ha:
∫
d
x
1
+
x
=
2
∫
t
d
t
1
+
t
=
2
t
−
2
log
(
1
+
t
)
=
2
x
−
2
log
(
1
+
x
)
{\displaystyle {\begin{aligned}\int _{}{}{dx \over 1+{\sqrt {x}}}&=2\int _{}{}{t\ dt \over 1+t}=2t-2\log(1+t)\\&=2{\sqrt {x}}-2\log(1+{\sqrt {x}})\end{aligned}}}
2
∫
d
x
x
3
−
1
{\displaystyle 2\qquad \int _{}{}{dx \over {\sqrt[{3}]{x}}-1}}
Posto
x
=
t
3
{\displaystyle \ x=t^{3}}
onde
d
x
=
3
t
2
d
t
{\displaystyle dx=3t^{2}\ dt}
si ha:
∫
d
x
x
3
−
1
=
∫
1
t
−
1
3
t
2
d
t
=
3
∫
t
2
t
−
1
d
t
{\displaystyle \ \int _{}{}{dx \over {\sqrt[{3}]{x}}-1}=\int _{}{}{1 \over t-1}3\ t^{2}dt=3\int _{}{}{t^{2} \over t-1}dt}
Ora,
t
2
t
−
1
=
1
+
t
+
1
t
−
1
,
{\displaystyle {t^{2} \over t-1}=1+t+{1 \over t-1},}
quindi
∫
t
2
t
−
1
d
t
=
t
+
t
2
2
+
log
(
t
−
1
)
;
{\displaystyle \ \int _{}{}{t^{2} \over t-1}dt=t+{t^{2} \over 2}+\log(t-1);}
allora, per
t
=
x
3
,
{\displaystyle t={\sqrt[{3}]{x}},}
∫
d
x
x
3
−
1
=
3
[
x
3
+
1
2
x
3
2
+
log
(
x
3
−
1
)
]
{\displaystyle \int _{}{}{dx \over {\sqrt[{3}]{x}}-1}=3[{\sqrt[{3}]{x}}+{1 \over 2}{\sqrt[{3}]{x}}^{2}+\log({\sqrt[{3}]{x}}-1)]}
b
)
∫
F
(
x
,
a
x
2
+
b
x
+
c
)
d
x
{\displaystyle b)\qquad \int _{}{}{F(x,{\sqrt {ax^{2}+bx+c}}}\ )dx}
con F simbolo di funzione razionale.
Se
a
>
0
{\displaystyle \ a>0}
, si pone:
a
x
2
+
b
x
+
c
=
t
−
a
x
,
{\displaystyle {\sqrt {ax^{2}+bx+c}}=t-{\sqrt {a}}\ x,}
da cui:
x
=
t
2
−
c
2
a
t
+
b
,
d
x
=
2
(
t
2
+
c
)
a
+
b
t
(
2
t
a
+
b
)
2
d
t
,
t
=
x
+
a
x
2
+
b
x
+
c
{\displaystyle x={t^{2}-c \over 2{\sqrt {a}}\ t+b},\qquad dx=2{(t^{2}+c){\sqrt {a}}+bt \over (2t{\sqrt {a}}+b)^{2}}dt,\qquad t=x+{\sqrt {ax^{2}+bx+c}}}
a
x
2
+
b
x
+
c
=
(
t
2
+
c
)
a
+
b
t
2
t
a
+
b
{\displaystyle {\sqrt {ax^{2}+bx+c}}={\frac {(t^{2}+c){\sqrt {a}}+bt}{2t{\sqrt {a}}+b}}}
Sostituendo tutto in funzione di t l'integrale vieme razionalizzato.
esempio
∫
1
x
2
−
4
x
+
5
d
x
{\displaystyle \int {}{}{1 \over {\sqrt {x^{2}-4x+5}}}dx}
Poniamo:
x
2
−
4
x
+
5
=
t
−
x
{\displaystyle {\sqrt {x^{2}-4x+5}}=t-x}
da cui
x
=
1
2
t
2
−
5
t
−
2
,
d
x
=
t
2
−
4
t
+
5
2
(
t
−
2
)
2
d
t
,
t
=
x
+
x
2
−
4
x
+
5
;
{\displaystyle x={1 \over 2}{t^{2}-5 \over t-2},\qquad dx={t^{2}-4t+5 \over 2(t-2)^{2}}\ dt,\qquad t=x+{\sqrt {x^{2}-4x+5}};}
x
2
−
4
x
+
5
=
t
2
−
4
t
+
5
2
(
t
−
2
)
{\displaystyle {\sqrt {x^{2}-4x+5}}={t^{2}-4t+5 \over 2(t-2)}}
allora, a meno di una costante:
∫
1
t
2
−
4
t
+
5
2
(
t
−
2
)
1
2
t
2
−
4
t
+
5
(
t
−
2
)
2
d
t
=
∫
d
t
t
−
2
=
log
(
t
−
2
)
;
{\displaystyle \int _{}{}{1 \over {t^{2}-4t+5 \over 2(t-2)}}\ {1 \over 2}\ {t^{2}-4t+5 \over (t-2)^{2}}dt=\int _{}{}{dt \over t-2}=\log(t-2);}
si ha quindi:
∫
d
x
x
2
−
4
x
+
5
=
log
(
x
+
x
2
−
4
x
+
5
−
2
)
{\displaystyle \int _{}{}{dx \over {\sqrt {x^{2}-4x+5}}}=\log(x+{\sqrt {x^{2}-4x+5}}-2)}
Se
a
<
0
,
{\displaystyle \ a<0,}
si pone invece:
a
x
2
+
b
x
+
c
2
=
t
(
x
−
α
)
,
{\displaystyle {\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx+c}}=t(x-\alpha ),}
essendo
α
{\displaystyle \ \alpha }
una radice reale dell'equazione:
a
x
2
+
b
x
+
c
=
0.
{\displaystyle \ ax^{2}+bx+c=0.}
[Se le radici non fossereo reali, essendo
a
<
0
,
{\displaystyle \ a<0,}
a
x
2
+
b
x
,
+
c
2
{\displaystyle {\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx,+c}}}
sarebbe immaginario]. Si ha quindi:
a
(
x
−
β
)
=
(
x
−
α
)
t
2
,
{\displaystyle \ a(x-\beta )=(x-\alpha )t^{2},}
da cui
:
x
=
a
β
−
α
t
2
a
−
t
2
,
d
x
=
−
2
a
(
α
−
β
)
t
(
a
−
t
2
)
2
d
t
,
{\displaystyle \ :\qquad x={a\beta -\alpha t^{2} \over a-t^{2}},\qquad dx=-{2a(\alpha -\beta )t \over (a-t^{2})^{2}}\ dt,}
a
x
2
+
b
x
+
c
2
=
−
a
(
α
−
β
)
t
a
−
t
2
.
{\displaystyle {\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx+c}}=-{a(\alpha -\beta )t \over a-t^{2}}.}
Sostituendo tutto in funzione di
t
{\displaystyle \ t}
l'integrale è ridotto a un integrale di funzione razinale di
t
.
{\displaystyle \ t.}
c
)
∫
x
m
(
a
x
n
+
b
)
p
d
x
{\displaystyle \ c)\qquad \int x^{m}(ax^{n}+b)^{p}\ dx}
(integrale di un differenziale binomio) con m, n, p, numeri razionali:
p
{\displaystyle \ p}
è intero
Si sviluppa
(
a
x
n
+
b
)
p
{\displaystyle \ (ax^{n}+b)^{p}}
con la regola del Binomio di Newton, si moltiplica il risultato per
x
m
{\displaystyle \ x^{m}}
e si decompone l'integrale in tanti integrali del tipo :
∫
x
k
d
x
.
{\displaystyle \ \int _{}^{}x^{k}\ dx\ .}
m
+
1
n
{\displaystyle \ {m+1 \over n}}
è intero.
Si pone
a
x
n
+
b
=
t
,
{\displaystyle \ ax^{n}+b=t\ ,}
da cui:
x
=
(
t
−
b
a
)
1
n
,
d
x
=
1
n
a
{\displaystyle \ x=({t-b \over a})^{1 \over n},\quad dx={1 \over na}}
m
+
1
n
+
p
{\displaystyle {m+1 \over n}+p}
è intero.
d
)
{\displaystyle \ d)}
formule risolutive notevoli:
∫
x
n
d
x
a
x
+
b
k
=
[
x
n
a
φ
(
n
,
1
)
−
b
φ
(
n
,
0
)
x
n
−
1
a
2
φ
(
n
,
1
)
φ
(
n
−
1
,
1
)
+
.
.
.
.
.
+
{\displaystyle \int {x^{n}dx \over {\sqrt[{k}]{ax+b}}}=[{x^{n} \over a\varphi (n,1)}-{b\varphi (n,0)x^{n-1} \over a^{2}\varphi (n,1)\varphi (n-1,1)}+.....+}
+
(
−
1
)
n
b
n
φ
(
n
,
0
)
.
.
φ
(
1
,
0
)
a
n
+
1
φ
(
n
,
1
)
.
.
.
φ
(
0
,
1
)
]
(
a
x
+
b
)
k
−
1
k
,
{\displaystyle +(-1)^{n}{b^{n}\varphi (n,0)..\varphi (1,0) \over a^{n+1}\varphi (n,1)...\varphi (0,1)}]{\sqrt[{k}]{(ax+b)^{k-1}}},}
dove :
φ
(
n
,
m
)
=
k
(
n
+
m
)
−
m
k
.
{\displaystyle \varphi (n,m)={k(n+m)-m \over k}.}
∫
x
n
(
a
x
+
b
)
k
d
x
=
[
x
n
a
ψ
(
n
,
1
)
−
b
ψ
(
n
,
0
)
x
n
−
1
a
2
ψ
(
n
,
1
)
ψ
(
n
−
1
,
1
)
+
.
.
.
.
]
{\displaystyle \int x^{n}{\sqrt[{k}]{(ax+b)}}dx=[{x^{n} \over a\psi (n,1)}-{b\psi (n,0)x^{n-1} \over a^{2}\psi (n,1)\psi (n-1,1)}+....]}
+
(
−
1
)
n
b
n
ψ
(
n
,
0
)
.
.
.
ψ
(
1
,
0
)
a
n
+
1
ψ
(
n
,
1
)
.
.
.
ψ
(
0
,
1
)
]
(
a
x
+
b
)
k
+
1
k
,
{\displaystyle \ +(-1)^{n}{b^{n}\psi (n,0)...\psi (1,0) \over a^{n+1}\psi (n,1)...\psi (0,1)}]{\sqrt[{k}]{(ax+b)^{k+1}}}\ ,}
dove:
ψ
(
n
,
m
)
=
k
(
n
+
m
)
+
m
k
.
{\displaystyle \psi (n,\ m)={k(n+m)+m \over k}\ .}
∫
P
n
(
x
)
a
x
2
+
b
x
+
c
2
d
x
=
∑
i
=
0
n
−
1
c
i
x
n
−
1
−
i
a
x
2
+
b
x
+
c
+
c
n
J
0
(
x
)
{\displaystyle \int {P_{n}(x) \over {\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx+c}}}\ dx=\sum _{i=0}^{n-1}c_{i}x^{n-1-i}{\sqrt {ax^{2}+bx+c}}+c_{n}J_{0}(x)}
dove:
P
n
(
x
)
{\displaystyle \ P_{n}(x)}
è un polinomio di grado
n
{\displaystyle \ n}
e
J
0
(
x
)
=
∫
d
x
x
2
+
b
x
+
c
2
{\displaystyle \ J_{0}(x)=\int {dx \over {\sqrt[{2}]{x^{2}+bx+c}}}}
è l'integrale quasi immediato n°1, quindi:
J
0
(
x
)
=
1
2
a
2
=
log
2
a
x
+
b
+
2
a
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
2
2
a
x
+
b
−
2
a
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
2
{\displaystyle \ J_{0}(x)={1 \over 2{\sqrt[{2}]{a}}}=\log {2ax+b+2{\sqrt[{2}]{a(ax^{2}+bx+c)}} \over 2ax+b-2{\sqrt[{2}]{a(ax^{2}+bx+c)}}}}
se :
{
a
>
0
b
2
−
4
a
c
>
0
{\displaystyle {\begin{cases}a>0\\b^{2}-4ac>0\end{cases}}}
J
0
(
x
)
=
1
2
a
2
=
log
2
a
(
a
x
2
+
b
x
+
c
2
+
2
a
x
+
b
2
a
(
a
x
2
+
b
x
+
c
)
2
−
(
2
a
x
+
b
)
{\displaystyle \ J_{0}(x)={1 \over 2{\sqrt[{2}]{a}}}=\log {2{\sqrt[{2}]{a(ax^{2}+bx+c}}+2ax+b \over 2{\sqrt[{2}]{a(ax^{2}+bx+c)}}-(2ax+b)}}
se :
{
a
>
0
b
2
−
4
a
c
<
0
{\displaystyle {\begin{cases}a>0\\b^{2}-4ac<0\end{cases}}}
J
0
(
x
)
=
1
|
a
|
2
=
arcsin
2
|
a
|
x
−
b
b
2
+
4
|
a
|
c
2
{\displaystyle \ J_{0}(x)={1 \over {\sqrt[{2}]{|a|}}}=\arcsin {2|a|x-b \over {\sqrt[{2}]{b^{2}+4|a|c}}}}
se :
{
a
<
0
b
2
−
4
a
c
>
0
.
{\displaystyle {\begin{cases}a<0\\b^{2}-4ac>0\end{cases}}\ .}
∫
P
n
(
x
)
a
x
2
+
b
x
+
c
2
d
x
=
∑
i
=
0
n
+
1
c
i
x
n
+
1
−
i
a
x
2
+
b
x
+
c
2
+
c
n
+
2
I
0
(
x
)
.
{\displaystyle \int P_{n}(x){\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx+c}}\ dx=\sum _{i=0}^{n+1}c_{i}x^{n+1-i}{\sqrt[{2}]{ax^{2}+bx+c}}+c_{n+2}I_{0}(x)\ .}
dove
I
0
(
x
)
{\displaystyle \ I_{0}(x)}
è l'ntegrale 2 e le costanti
c
i
{\displaystyle \ c_{i}}
si possono determinare derivando i due membri e confrontando poi i risultati ottenuti.
a
)
∫
F
(
s
e
n
x
,
c
o
s
x
)
d
x
{\displaystyle a)\qquad \int _{}{}F(sen\ x,cos\ x)dx}
con F simbolo di funzione razionale.
Si pone:
t
=
t
a
n
g
x
2
,
{\displaystyle \ t=tang\ {x \over 2},}
da cui:
d
x
=
2
1
+
t
2
d
t
,
s
e
n
x
=
2
t
1
+
t
2
,
c
o
s
x
=
1
−
t
2
1
+
t
2
{\displaystyle dx={2 \over 1+t^{2}}dt,sen\ x={2t \over 1+t^{2}},cos\ x={1-t^{2} \over 1+t^{2}}}
Esprimendo in t , l'integrale viene razionalizzato.
esempio
∫
d
x
s
e
n
x
+
c
o
s
x
{\displaystyle \int _{}{}{dx \over sen\ x+cos\ x}}
Ricordato che
s
e
n
x
=
2
t
a
n
g
x
2
1
+
t
a
n
g
2
x
2
c
o
s
x
=
1
−
t
a
n
g
2
x
2
1
+
t
a
n
g
2
x
2
{\displaystyle sen\ x={2\ tang{x \over 2} \over 1+tang^{2}{x \over 2}}\qquad cos\ x={1-tang^{2}{x \over 2} \over {1+tang^{2}{x \over 2}}}}
si porrà:
t
a
n
g
x
2
=
t
{\displaystyle tang{x \over 2}=t}
da cui
d
t
d
x
=
1
2
1
c
o
s
2
x
2
=
1
2
(
1
+
t
2
)
;
{\displaystyle {dt \over dx}={1 \over 2}{1 \over cos^{2}{x \over 2}}={1 \over 2}(1+t^{2});}
allora:
∫
d
x
s
e
n
x
+
c
o
s
x
=
∫
2
1
+
t
2
2
t
1
+
t
2
+
1
−
t
2
1
+
t
2
d
t
=
∫
2
d
t
−
t
2
+
2
t
+
1
,
{\displaystyle \int _{}{}{dx \over sen\ x+cos\ x}=\int _{}{}{{2 \over 1+t^{2}} \over {2t \over 1+t^{2}}+{1-t^{2} \over 1+t^{2}}}dt=\int {}{}{2dt \over -t^{2}+2t+1},}
con che la funzione da integrare è una funzione algebrica razionale.
b
)
∫
F
(
t
a
n
g
x
)
d
x
{\displaystyle b)\qquad \int _{}{}F(tang\ x)dx}
con F simbolo di funzione razionale.
Si pone:
t
a
n
g
x
=
t
{\displaystyle tang\ x=t}
, da cui
d
x
=
d
t
1
+
t
2
,
{\displaystyle dx={dt \over 1+t^{2}},}
e l'integrale espresso in t viene razionalizzato.
esempio
∫
t
a
n
g
x
d
x
=
∫
t
1
+
t
2
d
t
=
1
2
l
o
g
e
(
1
+
t
2
)
=
1
2
log
e
(
1
+
t
n
g
2
x
)
{\displaystyle \int _{}{}tang\ x\ dx=\int _{}{}{t \over 1+t^{2}}\ dt={1 \over 2}\ log_{e}(1+t^{2})={1 \over 2}\log _{e}(1+tng^{2}x)}
c
)
∫
F
(
e
a
x
)
d
x
{\displaystyle c)\qquad \int _{}{}F(e^{ax})dx}
con F simbolo di funzione razionale.
Si pone :
e
a
x
=
t
,
{\displaystyle \ e^{ax}=t,}
da cui
x
=
1
a
l
o
g
t
,
d
x
=
d
t
d
x
{\displaystyle x={1 \over a}\ log\ t,\ dx={dt \over dx}}
e sostituendo l'integrale viene razionalizzato.
esempio
∫
1
1
+
e
x
d
x
{\displaystyle \int {}{}{1 \over 1+e^{x}}\ dx}
Posto
e
x
=
t
,
{\displaystyle \ e^{x}=t,}
da cui
d
t
d
x
=
e
x
=
t
,
{\displaystyle {dt \over dx}=e^{x}=t,}
si ha:
∫
d
x
1
+
e
x
=
∫
d
t
t
(
1
+
t
)
=
l
o
g
t
−
l
o
g
(
1
+
t
)
,
{\displaystyle \int {}{}{dx \over 1+e^{x}}=\int {}{}{dt \over t(1+t)}=log\ t-log\ (1+t),}
e
∫
d
x
1
+
e
x
=
l
o
g
e
x
−
l
o
g
(
1
+
e
x
)
=
x
−
l
o
g
(
1
+
e
x
)
{\displaystyle \int {}{}{dx \over 1+e^{x}}=log\ e^{x}-log\ (1+e^{x})=x-log(1+e^{x})}
d
)
{\displaystyle \ d)}
Si possono ridurre a integrali di funzioni trigronometriche dei tipi a) e b) mediante opportune sostituzioni gli integrali seguenti di funzioni irrazionali.
∫
F
(
x
,
a
2
−
x
2
)
d
x
{\displaystyle \int {}{}F(x,{\sqrt {a^{2}-x^{2}}})\ dx}
, con F simbolo di funzione razionale.
si pone:
x
=
a
s
e
n
t
,
{\displaystyle \ x=a\ sent,}
onde:
∫
F
(
x
,
a
2
−
x
2
)
d
x
=
∫
F
(
a
s
e
n
t
,
a
c
o
s
t
)
a
c
o
s
t
d
t
{\displaystyle \int {}{}F(x,{\sqrt {a^{2}-x^{2}}})\ dx=\int {}{}F(a\ sent,a\ cost)a\ cost\ dt}
esempio
∫
5
5
2
−
x
2
d
x
{\displaystyle \int {}{}{5 \over {\sqrt {5^{2}-x^{2}}}}\ dx}
Si pone
x
=
5
s
e
n
t
,
{\displaystyle x=5\ sen\ t,}
da cui:
d
x
=
5
c
o
s
t
d
t
,
{\displaystyle \ dx=5\ cost\ dt,}
e
t
=
a
r
c
s
e
n
x
5
.
{\displaystyle \ t=arc\ sen{x \over 5}.}
Allora:
∫
x
5
2
−
x
2
d
x
=
∫
5
s
e
n
t
5
2
−
5
2
s
e
n
2
t
5
c
o
s
t
d
t
=
−
5
c
o
s
t
{\displaystyle \int {}{}{x \over {\sqrt {5^{2}-x^{2}}}}\ dx=\int {}{}{5\ sent \over {\sqrt {5^{2}-5^{2}\ sen^{2}t}}}5\ cost\ dt=-5\ cost}
Sostituendo i ha:
−
5
c
o
s
a
r
c
s
e
n
x
5
=
−
5
2
−
x
2
.
{\displaystyle \ -5\ cos\ arc\ sen{x \over 5}=-{\sqrt {5^{2}-x^{2}}}.}
∫
F
(
x
,
a
2
+
x
2
)
d
x
{\displaystyle \int {}{}F(x,{\sqrt {a^{2}+x^{2}}})\ dx}
Si pone:
x
=
a
t
a
n
g
t
{\displaystyle \ x=a\ tang\ t}
ovvero
x
=
a
s
i
n
h
x
,
{\displaystyle \ x=a\ sinh\ x,}
da cui:
d
x
=
a
s
e
c
2
t
d
t
d
x
=
a
c
o
s
h
t
d
t
{\displaystyle \ dx=a\ sec^{2}t\ dt\qquad dx=a\ cosh\ t\ dt}
Allora:
∫
(
x
,
a
2
+
x
2
)
d
x
=
∫
F
(
a
t
a
n
g
t
,
a
s
e
c
t
)
a
s
e
c
2
t
d
t
{\displaystyle \int {}(x,{\sqrt {a^{2}+x^{2}}})\ dx=\int {}{}F(a\ tang\ t,a\ sec\ t)a\ sec^{2}t\ dt}
ovvero
=
∫
F
(
a
s
e
n
h
t
,
a
c
o
s
h
t
)
a
c
o
s
h
t
d
t
.
{\displaystyle =\int {}F(a\ senh\ t,\ a\ cosh\ t)a\ cosh\ t\ dt.}
esempio
∫
F
(
x
,
x
2
−
a
2
)
d
x
{\displaystyle \int {}{}F(x,{\sqrt {x^{2}-a^{2}}})\ dx}
con
F
{\displaystyle \ F}
simbolo di funzione razionale.
Si pone:
x
=
a
sec
t
{\displaystyle \ x=a\sec t}
ovvero
x
=
a
cosh
t
,
{\displaystyle \ x=a\cosh t,}
onde:
∫
F
(
x
,
x
2
−
a
2
2
d
x
=
∫
F
(
a
sec
t
,
a
tan
t
)
a
s
e
c
t
t
a
n
t
d
t
=
{\displaystyle \int F(x,{\sqrt[{2}]{x^{2}-a^{2}}}\ dx=\int F(a\sec \ t,a\tan t)\ a\ sect\ tant\ dt=}
=
∫
F
(
a
cosh
t
,
a
sinh
t
)
a
sinh
t
d
t
.
{\displaystyle \ =\int F(a\cosh t,a\sinh t)a\ \sinh t\ dt.}
e
)
{\displaystyle \ e)}
Si possono ridurre facilmente a integrali razionali i seguenti: ponendo
c
o
s
x
=
t
{\displaystyle \ cos\ x=t}
ovvero
s
e
n
x
=
t
{\displaystyle \ sen\ x=t}
, si ha:
∫
s
e
n
x
F
(
s
e
n
2
x
,
c
o
s
x
)
d
x
=
−
∫
F
(
t
−
t
2
,
t
)
d
t
{\displaystyle \int _{}{}sen\ xF(sen^{2}x,cos\ x)dx=-\int _{}{}F(t-t^{2},t)dt}
∫
c
o
s
x
F
(
c
o
s
2
x
,
s
e
n
x
)
d
x
=
∫
F
(
1
−
t
2
,
t
)
d
t
{\displaystyle \int _{}{}cos\ xF(cos^{2}x,sen\ x)dx=\int _{}{}F(1-t^{2},t)dt}
con F simbolo di funzione algebrca razionale.
f
)
{\displaystyle \ f)}
formule notevoli di riduzione:
Mediante integrazione per parti si trovano facilmente le seguenti formule:
I
m
,
n
=
∫
sin
m
x
cos
n
x
d
x
=
sin
m
+
1
x
cos
n
−
1
x
m
+
n
+
n
−
1
m
+
n
I
m
,
n
−
2
;
{\displaystyle \ I_{m,n}=\int \sin ^{m}x\cos ^{n}x\ dx={\sin ^{m+1}x\cos ^{n-1}x \over m+n}+{n-1 \over m+n}I_{m,n-2}\ ;}
I
m
,
n
∫
sin
m
x
cos
n
x
d
x
=
sin
m
−
1
x
cos
n
+
1
x
m
+
n
+
m
−
1
m
+
n
I
m
−
2
,
n
{\displaystyle \ I_{m,n}\int {\sin ^{m}x\ \cos ^{n}x\ dx}={\sin ^{m-1}x\ \cos ^{n+1}x \over m+n}+{m-1 \over m+n}I_{m-2,n}}
quando sia:
m
+
n
≠
0
.
{\displaystyle m+n\neq 0\ .}
∫
x
m
e
x
d
x
=
x
m
e
x
−
m
∫
x
m
−
1
e
x
d
x
{\displaystyle \int {x^{m}e^{x}dx}=x^{m}e^{x}-m\int {x^{m-1}e^{x}dx}}
∫
x
m
[
log
x
]
n
d
x
=
x
m
+
1
[
log
x
]
n
m
+
1
−
n
m
+
1
∫
x
m
[
l
o
g
x
]
n
−
1
d
x
{\displaystyle \int {x^{m}[\log x]^{n}dx}={x^{m+1}[\log x]^{n} \over m+1}-{n \over m+1}\int {x^{m}[logx]^{n-1}}dx}
∫
x
m
log
[
x
+
1
+
x
2
2
]
d
x
=
x
m
+
1
log
[
x
+
1
+
x
2
2
]
m
+
1
−
1
m
+
1
∫
x
m
+
1
d
x
1
+
x
2
2
{\displaystyle \int {x^{m}\log[x+{\sqrt[{2}]{1+x^{2}}}]}dx={x^{m+1}\log[x+{\sqrt[{2}]{1+x^{2}}}] \over m+1}-{1 \over m+1}\int {x^{m+1}dx \over {\sqrt[{2}]{1+x^{2}}}}}
g
)
{\displaystyle \ g)}
formule risolutive notevoli.
Se
n
{\displaystyle \ n}
è un intero positivo, si ha:
∫
sin
2
n
x
d
x
=
cos
x
∑
i
=
1
n
c
i
sin
2
i
−
1
x
+
c
n
+
1
x
.
{\displaystyle \int \sin ^{2n}xdx=\cos x\sum _{i=1}^{n}c_{i}\sin ^{2i-1}x+c_{n+1}x\ .}
∫
sin
2
n
−
1
x
d
x
=
cos
x
∑
i
=
1
n
c
i
sin
2
i
−
2
x
.
{\displaystyle \int {\sin ^{2n-1}x\ dx}=\cos x\sum _{i=1}^{n}c_{i}\sin ^{2i-2}x\ .}
∫
c
o
s
2
n
x
d
x
=
sin
x
∑
i
=
1
n
c
i
cos
2
i
−
1
x
+
c
n
+
1
x
{\displaystyle \int {cos^{2n}xdx}=\sin x\sum _{i=1}^{n}c_{i}\cos ^{2i-1}x+c_{n+1}x}
∫
cos
2
n
−
1
x
d
x
=
sin
x
∑
i
=
1
n
c
i
cos
2
i
−
2
x
{\displaystyle \int {\cos ^{2n-1}x}\ dx=\sin x\sum _{i=1}^{n}c_{i}\cos ^{2i-2}x}
∫
sec
2
n
x
d
x
=
tan
x
∑
i
=
1
n
c
i
sec
2
i
−
2
x
{\displaystyle \int {}\sec ^{2n}xdx=\tan x\sum _{i=1}^{n}c_{i}\sec ^{2i-2}x}