Tích phân là gì? Tính chất, công thức, các dạng bài tập tích phân và cách giải
Với cách giải các dạng toán về Tích phân và cách giải bài tập cơ bản môn Toán lớp 12 Giải tích gồm phương pháp giải chi tiết, bài tập minh họa có lời giải và bài tập tự luyện sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập các dạng toán về Tích phân và cách giải bài tập cơ bản lớp 12. Mời các bạn đón xem:
Tích phân là gì? Tính chất, công thức, các dạng bài tập tích phân và cách giải
1. Tích phần là gì?
Cho f là hàm số liên tục trên đoạn Giả sử F là một nguyên hàm của f trên Hiệu số được gọi là tích phân từ a đến b (hay tích phân xác định trên đoạn của hàm số kí hiệu là
Ta dùng kí hiệu để chỉ hiệu số .
Vậy .
Ta gọi là dấu tích phân, a là cận dưới, b là cận trên, f(x)dx là biểu thức dưới dấu tích phân và f(x) là hàm số dưới dấu tích phân.
Chú ý: Trong trường hợp a = b hoặc a > b, ta quy ước ; .
Nhận xét: Tích phân của hàm số f từ a đến b có thể kí hiệu bởi hay Tích phân đó chỉ phụ thuộc vào f và các cận a, b mà không phụ thuộc vào cách ghi biến số.
Ý nghĩa hình học của tích phân: Nếu hàm số f liên tục và không âm trên đoạn thì tích phân là diện tích S của hình thang cong giới hạn bởi đồ thị hàm số , trục Ox và hai đường thẳng x = a, x = b. Vậy
2. Tính chất của tích phân
+) Tính chất 1: với k là hằng số.
+) Tính chất 2:
+) Tính chất 3: với .
Chú ý: Mở rộng của tính chất 3.
+)
+)
+) Nếu thì
Hệ quả: Nếu hai hàm số và liên tục và thỏa mãn
thì
3. Định lý nguyên hàm - tích phân
Ba định lý quan trọng về nguyên hàm và tích phân:
- Định lý 1: Giả sử chúng ta đã tìm thấy một nguyên hàm F(x) cho hàm số f(x) trên tập hợp K. Khi đó, cho mọi hằng số C, hàm số G(x) = F(x) + C cũng là một nguyên hàm của f(x). Điều này có nghĩa rằng chúng ta có một không gian vô hạn các nguyên hàm của f(x), được xác định bởi hằng số C.
- Định lý 2: Trong tập hợp K, nếu F(x) là một nguyên hàm của hàm số f(x), thì mọi nguyên hàm của f(x) trên K đều có dạng F(x) + C, với C là một hằng số tùy ý. Điều này phản ánh sự đa dạng và tự do trong việc xây dựng nguyên hàm.
- Định lý 3: Trong tập hợp K, tất cả các hàm số f(x) liên tục đều có ít nhất một nguyên hàm. Điều này là một tuyên bố mạnh mẽ về tính tồn tại của nguyên hàm cho hàm số liên tục, đồng thời thể hiện tính chất quan trọng của nguyên hàm trong toán học và khoa học tự nhiên.
4. Cách tính tích phân
* Phương pháp đổi biến số:
- Phương pháp chung. Trong quá trình tích phân, chúng ta có thể sử dụng một phương pháp chung, được phân thành các bước cụ thể như sau:
+ Bước 1: Bắt đầu bằng việc đặt x = u(t).
+ Bước 2: Sau đó, chúng ta tính đạo hàm của cả hai bên của phương trình x = u(t), tức là dx = u'(t)dt.
+ Đổi cận: Sử dụng một biến đổi thích hợp để chuyển từ công thức ban đầu sang một biểu thức tích phân dựa trên biến t.
Như vậy, chúng ta thu được một biểu thức tích phân mới, chi tiết và đầy đủ, dựa trên sự biến đổi này. Phương pháp này là một công cụ quan trọng trong tích phân và nó có thể được áp dụng trong nhiều tình huống khác nhau để giải quyết các bài toán phức tạp.
- Phương pháp đổi biến loại 1 và cách áp dụng. Phương pháp đổi biến loại 1 là một công cụ mạnh mẽ trong tích phân và giúp giải quyết các bài toán tích phân khó khăn. Nó được áp dụng như sau:
+ Bước 1: Lựa chọn biến đổi. Đầu tiên, chúng ta lựa chọn một biến tương đương mới t = φ(x) sao cho đạo hàm của nó, φ'(t), dễ dàng tính toán và đối chiếu với đạo hàm của biểu thức cần tích phân. Tức là, chúng ta chọn t sao cho φ'(t) = u'(x), với u là hàm u(x) trong biểu thức cần tích phân.
+ Bước 2: Tính toán biến đổi. Sau đó, chúng ta thực hiện vi phân hai vế của biểu thức, tính toán dt = φ'(t)dx.
+ Bước 3: Biến đổi biểu thức. Biểu thức ban đầu ∫f[u(x)]u'(x)dx sau đó được biến đổi thành ∫f[φ(t)]dt, trong đó chúng ta đã sử dụng sự tương đương giữa u(x) và φ(t).
+ Kết quả cuối cùng: Cuối cùng, chúng ta đã biến đổi bài toán tích phân ban đầu thành một tích phân đơn giản hơn ∫f[φ(t)]dt. Từ đó, chúng ta có thể tích phân để tìm kết quả, và kết quả này có thể được biểu diễn bằng hàm G(t) + C, với G(t) là nguyên hàm của f[φ(t)].
Phương pháp đổi biến loại 1 giúp giảm bài toán tích phân phức tạp về một dạng dễ tính, đồng thời giúp hiểu rõ hơn về quá trình biến đổi trong tích phân.
- Phương pháp đổi biến loại 2 và cách sử dụng nó. Phương pháp đổi biến loại 2 là một công cụ mạnh mẽ trong tích phân, giúp chúng ta giải quyết các bài toán phức tạp một cách hiệu quả. Cách áp dụng phương pháp này như sau:
+ Bước 1: Lựa chọn biến đổi. Trong bước này, chúng ta lựa chọn một biến đổi x = φ(t) sao cho nó thỏa mãn các điều kiện sau:
Hàm số f(x) cần tích phân phải liên tục trên tập hợp K.
Hàm số x = φ(t) là một biến đổi hợp lệ, tức là nó xác định và liên tục trên tập hợp K và có đạo hàm φ'(t).
+ Bước 2: Tính vi phân biến đổi. Sau đó, chúng ta thực hiện vi phân hai vế của biểu thức, tính toán dx = φ'(t)dt.
+ Bước 3: Biến đổi biểu thức. Biểu thức ban đầu ∫f(x)dx được biến đổi thành ∫f[φ(t)]φ'(t)dt, trong đó chúng ta đã sử dụng sự tương đương giữa x và φ(t).
+ Kết quả cuối cùng. Cuối cùng, chúng ta đã biến đổi bài toán tích phân ban đầu thành một tích phân đơn giản hơn ∫f[φ(t)]φ'(t)dt. Từ đó, chúng ta có thể tích phân để tìm kết quả, và kết quả này có thể được biểu diễn bằng hàm G(t) + C, với G(t) là nguyên hàm của f[φ(t)].
Phương pháp đổi biến loại 2 giúp chúng ta giải quyết bài toán tích phân một cách hiệu quả bằng cách biến đổi biến số và đơn giản hóa bài toán ban đầu. Điều này thường giúp chúng ta tiếp cận và giải quyết các bài toán tích phân khó khăn một cách hiệu quả hơn.
* Phương pháp tích phân từng phần
- Phương pháp chung tích phân. Trong việc tích phân một hàm số f(x), chúng ta có một phương pháp chung để giúp giải quyết bài toán này. Quá trình này được chia thành các bước cụ thể như sau:
+ Bước 1: Để bắt đầu, chúng ta chọn một phần thích hợp của hàm số f(x) để biểu diễn dưới dạng udv = u.v'dx, trong đó chúng ta lựa chọn một phần làm u(x) và phần còn lại là dv = v'(x)dx.
+ Bước 2: Tiếp theo, chúng ta tính giá trị của du = u'dx và thực hiện tích phân v = ∫dv = ∫v'(x)dx.
+ Bước 3: Cuối cùng, chúng ta sử dụng các giá trị đã tính ở bước 2 để tính toán...
5. Bảng công thức tích phân cơ bản
6. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1. Tính ta thu được kết quả là:
A.
B.
C.
D.
Lời giải
Ta có :
Chọn B.
Ví dụ 2: Tính tích phân .
Lời giải
Nhận xét:
Ví dụ 3: Biết F(x) là một nguyên hàm của hàm số f(x) trên đoạn [a; b] và . Tính tích phân .
A. I = - 2
B. I = 2
C.
D.
Lời giải
Chọn D
Ví dụ 4: Cho các tích phân . Tính .
A. I = 2
B. I = 6
C. I = - 2
D. I = - 6
Lời giải
Chọn A.
Ví dụ 5: Cho . Tính
A. I = 7
B.
C. I = 3
D.
Lời giải
Chọn A.
7. Bài tập vận dụng
Câu 1. bằng:
A.
B.
C.
D.
Câu 2. bằng:
A.
B. 1
C.
D. 2
Câu 3. bằng:
A.
B.
C.
D.
Câu 4. bằng:
A. 5
B. 4
C. 3
D. 2
Câu 5. bằng:
A.
B.
C.
D.
Câu 6. Kết quả của tích phân:
A.
B.
C. 2+
D.
Câu 7. Tích phân:
A. 0
B. 2
C. 8
D. 4
Câu 8. Tích phân bằng
A.
B. 0
C. 1
D.
Câu 9. Tính ?
A. 2ln3
B. ln3
C. ln2
D. ln6
Câu 10. Nếu và thì bằng
A. -1.
B. -11.
C. 1.
D. 11.
Câu 11. Cho biết , . Giá trị của là:
A. Chưa xác định được
B. 12
C. 3
D. 6
Câu 12. Cho . Tìm I?
A.
B.
C.
D.
Câu 13. Nếu và thì bằng:
A. 5
B. 29
C. - 5
D. 15
Câu 14. f và g là hai hàm số theo x. Biết rằng
Trong các mệnh đề:
(I)
(II)
(III)
Mệnh đề nào đúng?
A. I
B. II
C. Không có
D. III
Câu 15. Để thì giá trị của k là bao nhiêu ?
A. 1
B. 3
C. 2
D. 4
Câu 16. Nếu và , thì bằng:
A. 3
B. 17
C. 170
D. - 3
Câu 17. Tìm a sao cho
A. Đáp án khác
B. a = - 3
C. a = 5
D. a = 3
Câu 18. Biết , khi đó b nhận giá trị bằng:
A. hoặc
B. hoặc
C. hoặc
D. hoặc
Câu 19. Cho . Khi đó khẳng định nào sau đây là đúng
A. a = - b
B. a < b
C. a > b
D. a = b
Câu 20. Nếu ; , với thì bằng:
A. - 2
B. 3
C. 8
D. 0
Câu 21. Cho tích phân , trong các kết quả sau:
(I).
(II).
(III).
Kết quả nào đúng?
A. Chỉ II.
B. Chỉ III
C. Cả I, II, III.
D. Chỉ I.
Câu 22. Cho hàm số y = f(x) liên tục và chỉ triệt tiêu khi x = c trên [a; b]. Các kết quả sau, câu nào đúng?
A.
B.
C.
D. A, B, C đều đúng
Câu 23. Khẳng định nào sau đây sai về kết quả ?
A.
B.
C.
D.
Câu 24. Cho f(x) là hàm số chẵn và liên tục trên R thỏa mãn . Khi đó giá trị tích phân là:
A. 2
B. 1
C.
D.
Câu 25. Cho hàm số f liên tục trên đoạn [a; b] có một nguyên hàm là hàm F trên đoạn [a; b]. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai ?
A.
B. với mọi .
C. .
D. Hàm số G cho bởi cũng thỏa mãn .
Câu 26. Cho hai hàm số f và g liên tục trên đoạn [a; b] sao cho với mọi . Xét các khẳng định sau:
I. .
II. .
III. .
IV. .
Trong các khẳng định trên, có bao nhiêu khẳng định sai?
A. 1.
B. 2.
C. 3.
D. 4.
Câu 27. Trong các mệnh đề sau, mệnh đề nào đúng?
A. Nếu f là hàm số chẵn trên R thì .
B. Nếu thì f là hàm số chẵn trên đoạn
C. Nếu thì f là hàm số lẻ trên đoạn
D. Nếu thì f là hàm số chẵn trên đoạn
Câu 28. Tích phân (với k là hằng số )có giá trị bằng:
A.
B.
C.
D.
Câu 29. Tích phân có giá trị bằng
A. 0
B.
C. 7.
D. 12,5.
Câu 30. Giá trị của a để đẳng thức là đẳng thức đúng
A. 4.
B. 3.
C. 5
D. 6.
Đáp án
Xem thêm các dạng bài tập Toán lớp 12 có đáp án và lời giải chi tiết khác:
Xem thêm các chương trình khác:
- Giải sgk Hóa học 12 (sách mới) | Giải bài tập Hóa 12
- Lý thuyết Hóa học 12
- Giải sbt Hóa học 12
- Các dạng bài tập Hoá học lớp 12
- Giáo án Hóa học lớp 12 mới nhất
- Tóm tắt tác phẩm Ngữ văn 12
- Soạn văn 12 (hay nhất) | Để học tốt Ngữ văn 12 (sách mới)
- Soạn văn 12 (ngắn nhất)
- Tác giả tác phẩm Ngữ văn lớp 12
- Văn mẫu lớp 12
- Giải sgk Sinh học 12 (sách mới) | Giải bài tập Sinh học 12
- Lý thuyết Sinh học 12 | Kiến thức trọng tâm Sinh 12
- Giải sgk Địa Lí 12 (sách mới) | Giải bài tập Địa lí 12
- Lý thuyết Địa Lí 12
- Giải Tập bản đồ Địa Lí 12
- Giải sgk Vật Lí 12 (sách mới) | Giải bài tập Vật lí 12
- Giải sbt Vật Lí 12
- Lý thuyết Vật Lí 12
- Các dạng bài tập Vật lí lớp 12
- Giáo án Vật lí lớp 12 mới nhất
- Giải sgk Lịch sử 12 (sách mới) | Giải bài tập Lịch sử 12
- Giải Tập bản đồ Lịch sử 12
- Lý thuyết Lịch sử 12
- Giải sgk Giáo dục công dân 12
- Lý thuyết Giáo dục công dân 12
- Giải sgk Giáo dục quốc phòng - an ninh 12 (sách mới) | Giải bài tập GDQP 12
- Lý thuyết Giáo dục quốc phòng 12 | Kiến thức trọng tâm GDQP 12
- Lý thuyết Tin học 12
- Lý thuyết Công nghệ 12