+2. Основные структуры

2.1 Элементы теории множеств
2.2 Операции с множествами
2.3 Функции и способы их задания
2.4 Числовые последовательности

3. Пределы. Непрерывные функции +

3.1 Предел последовательности
3.1.1 Определения
3.1.2 Арифметика пределов
3.1.3 Арифметика бесконечно малых
3.1.4 Признаки существования пределов
3.1.5 Вычисление пределов
3.1.6 Замечательный предел
3.2 Функции непрерывной переменной
3.2.1 Определения
3.2.2 Арифметика пределов
3.2.3 Арифметика бесконечно малых
3.2.4 Признаки существования пределов
3.2.5 Замечательные пределы
3.2.6 Список важнейших предельных соотношений
3.3 Непрерывные функции
3.3.1 Определения
3.3.2 Основные свойства
3.3.3 Разрывы функции

4. Производная, дифференциальное исчисление+

4.1 Производная
4.1.1 Определение производной
4.1.2 Производная от элементарных функций
4.1.3 Производная от суммы, произведения и частного функций
4.1.4 Производные от сложной функции, от обратной функции, от функции, заданной параметрически
4.1.5 Таблица производных
4.2 Первый дифференциал
4.2.1 Определение и основные свойства первого дифференциала
4.2.2 Геометрический смысл первого дифференциала
4.2.3 Дифференциал сложной функции. Инвариантность первого дифференциала
4.3 Свойства дифференцируемых функций
4.4 Правило Лопиталя и раскрытие неопреленностей

5. Высшие производные+

5.1 Определение и свойства высших производных
5.2 Определение и свойства дифференциалов высших порядков
5.3 Теорема Тейлора
5.4 Формула Тейлора для некоторых функций

6. Приложения дифференциального исчисления+

6.1 Монотонность функции и знак ее производной
6.2 Достаточное условие локального максимума/минимума
6.3 Решение задачи о глобальном максимуме/минимуме функции на замкнутом отрезке
6.4 Выпуклость вверх, выпуклость вниз, точки перегиба

7. Первообразная (неопределенный интеграл)+

7.1 Определение и основные свойства первообразных
7.2 Таблица основных первообразных
7.3 Интегрирование по частям
7.4 Замена переменной в первообразной

8. Техника вычисления первообразных+

8.1 Интегралы от дробно-рациональных функций
8.1.1 Полиномы, основные свойства
8.1.2 Дробно-рациональные функции, основные свойства
8.1.3 Выделение целой части и разложение на простейшие для дробно-рациональных функций
8.1.4 Вычисление первообразной от дробно-рациональной функции
8.2 Интегралы от тригонометрических функций
8.3 Интегралы от функций, содержащих иррациональности
8.4 Подстановки Эйлера
8.5 "Неберущиеся" интегралы

9. Определенный интеграл+

9.1 Определение
9.2 Геометрический смысл определенного интеграла
9.3 Основные свойства
9.4 Формула Ньютона-Лейбница
9.4.1 Интеграл как функция верхнего предела
9.4.2 Формула Барроу
9.4.3 Формула Ньютона-Лейбница
9.5 Интегрирование по частям в определенном интеграле
9.6 Замена переменной в определенном интеграле

10. Несобственные интегралы+

10.1 Несобственные интегралы 1 рода
10.1.1 Определение и основные свойства
10.1.2 Признаки сходимости несобственных интегралов 1 рода
10.2 Несобственные интегралы 2 рода
10.2.1 Определение и основные свойства
10.2.2 Признаки сходимости несобственных интегралов 2 рода

11. Интегралы зависящие от параметра+

12. Приложения определенных интегралов+

12.1 Площадь плоских фигур
12.2 Длина дуги кривой
12.3 Вычисление объема тел
12.4 Приложения в механике
Глава 7

8. Техника вычисления первообразных

8.2 Интегралы от тригонометрических функций

Рассмотрим интегралы вида

\begin{equation} I=\int R( \sin x, \cos x)dx, (16) \label{trig} \end{equation}

где $R(u,s)$ - дробно-рациональная функция своих аргументов. Существует несколько подходов к их вычислению. В их основе - сведение интеграла (16) с помощью подходящей замены переменной к интегралу от дробно-рациональной функции.

1. Универсальная тригонометрическая подстановка.

Эта подстановка реализуется с помощью соотношений

\[ t=tg(x/2), \quad x=2arctgt, \quad dx=\frac{2dt}{1+t^2}, \] \[ \sin x=\frac{2\sin (x/2)\cos (x/2)}{1}=\frac{2\sin(x/2)\cos(x/2)}{\sin ^2(x/2)+\cos ^2(x/2)}= \] \[ \frac{2tg(x/2)}{1+tg^2(x/2)}=\frac{2t}{1+t^2}, \] \[ \cos x=\frac{\cos ^2(x/2)-\sin ^2(x/2)}{1}=\frac{\cos ^2(x/2)-\sin ^2(x/2)}{\sin ^2(x/2)+\cos ^2(x/2)}= \] \[ \frac{1-tg^2(x/2)}{1+tg^2(x/2)}=\frac{1-t^2}{1+t^2}. \]

Подставляя в интеграл (16), получаем:

\[ I=\int R\left(\frac{2t}{1+t^2},\frac{1-t^2}{1+t^2}\right)\cdot \frac{2dt}{1+t^2}. \]

В аргументах функции $R(u,s)$ под интегралом - дробно-рациональные функции переменной $t$. Используя описанные выше свойства дробно-рациональных функций, приходим к выводу, что все подинтегральное выражение представляет собой дробно-рациональную функцию переменной $t$. Таким образом, интеграл можно вычислить в явном виде как функцию переменной $t$, а затем вернуться к переменной $x$, подставляя $ t=tg(x/2)$.

Универсальная тригонометрическая подстановка иногда приводит к слишком громоздким вычислениям. Если функция $R(u,s)$ обладает дополнительными свойствами, можно их сократить, используя другие подстановки.

2. Если интеграл (16) можно свести к виду

\[ I=\int W(\sin x)\cos xdx, \]

где $W(t)$ - дробно-рациональная функция переменной $t$, следует применять подстановку $t=\sin x$, так что $\cos xdx=dt$. Заметим, что если $R(u,s)$ нечетна по переменной $s$, то такое сведение возможно.

3. Аналогичным образом, если интеграл (16) можно свести к виду

\[ I=\int W(\cos x)\sin xdx, \]

где $W(t)$ - дробно-рациональная функция переменной $t$, следует применять подстановку $t=\cos x$, так что $\sin xdx=- dt$. Это возможно, если функция $R(u,s)$ в интеграле (16) является нечетной по $u$.

4. Если в интеграле (16) функция $R(u,s)$ четна по обеим переменным, можно использовать подстановку $t=tg x$.

5. Если интеграл (16) можно привести к виду

\[ I=\int W(tg x)dx, \]

где $W(t)$ - дробно-рациональная функция, то рекомендуется подстановка $t=tg x$.

Задачи.

Вычислить первообразные.

1. \[ \int \sin 2x\cos 5xdx. \] 2. \[ \int \sin ^2x\cos ^2xdx. \] 3. \[ \int \sin (3x+4) \sin (4x-1)dx. \] 4. \[ \int \frac{\cos 3x}{4+3\sin 3x}dx. \] 5. \[ \int \frac{\cos x}{1+\cos x}dx. \] 6. \[ \int \frac{\sin x}{\cos ^5x}dx. \] 7. \[ \int \frac{dx}{\sin^2x\cos ^4x}. \] 8. \[ \int \frac{1}{1+\cos x+\sin x}dx. \] 9. \[ \int \frac{\sin (2x)dx}{1+\sin ^2x}. \] 10. \[ \int \frac{dx}{\sin x(2\cos ^2x-1)}. \] 11. \[ \int \frac{dx}{5+3\cos x+4\sin x}. \] 12. \[ \int \frac{dx}{\cos x+3tg x}. \]