Integrali
Integrali Indefiniti
L’operazione di integrale indefinito è l’operazione inversa rispetto alla derivata, infatti consiste, partendo da una funzione f(x), di trovare l’insieme delle funzioni F(x) tali che F’(x)=f(x).
Al contrario dell’operazione di derivazione, per cui abbiamo delle regole che ci permettono di calcolare la derivata di qualsiasi funzione scritta in modo elementare ottenendo un’altra funzione scritta in modo elementare, non tutti gli integrali sono esprimibili in modo elementare.
Integrali Indefiniti Noti
Possiamo ricavarli leggendo al contrario la tabella delle derivate note:
� 𝑥 𝐴 𝑑𝑥 = 𝑥 𝐴+1
𝐴 + 1 + 𝐶 𝐴 ≠ 1
� 1
𝑥 + 𝑎 𝑑𝑥 = ln (𝑥 + 𝑎) + 𝐶
� 𝑒 𝑥 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 + 𝐶
� cos (𝑥) 𝑑𝑥 = 𝑠𝑒𝑛(𝑥) + 𝐶
� 𝑠𝑒𝑛 (𝑥) 𝑑𝑥 = − cos(𝑥) + 𝐶
� 1
𝑐𝑜𝑠 2 (𝑥) 𝑑𝑥 = tan (𝑥) + 𝐶
� 1
𝑠𝑒𝑛 2 (𝑥) 𝑑𝑥 = 1 tan(𝑥) + 𝐶
� 1
√1 − 𝑥 2 𝑑𝑥 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (𝑥) + 𝐶
� − 1
√1 − 𝑥 2 𝑑𝑥 = arccos(𝑥) + 𝐶
� 1
1 + 𝑥 2 𝑑𝑥 = arctan(𝑥) + 𝐶
Metodi di calcolo di un integrale Indefinito
Non esiste un metodo unico che funzioni sempre per il calcolo di un integrale indefinito, tuttavia tutti i metodi si basano sul “semplificare” la funzione da integrare fino ad ottenere la scomposizione dell’integrale originario in più integrali indefiniti noti (cioè di quelli presenti nella tabella).
Esponiamo di seguito vari metodi:
Integrazione per Parti
La formula dell’integrazione per parti permette di ridurre il problema del calcolo di un integrale al calcolo di un altro integrale.
La funzione da integrare può sempre essere vista come del tipo 𝑓(𝑥) = 𝑔′(𝑥) ∗ ℎ(𝑥) Dove g’(x) è una funzione di cui sappiamo calcolare la primitiva g(x) Infatti può essere anche banalmente
� ℎ(𝑥)𝑑𝑥 = � ℎ(𝑥) ∗ 1 𝑑𝑥 = � ℎ(𝑥)𝑔′(𝑥)𝑑𝑥
Quindi con g(x)=1
La formula dell’integrazione per parti è:
𝐹(𝑥) = � 𝑓(𝑥)𝑑𝑥 = � ℎ(𝑥)𝑔′(𝑥)𝑑𝑥 = ℎ(𝑥) 𝑔(𝑥) − � ℎ ′ (𝑥)𝑔(𝑥)𝑑𝑥
Tale formula si può dimostrare partendo dalla formula della derivata del prodotto.
L’integrazione per parti è utile specialmente in questi due casi:
1) Integrazione di funzioni non presenti nella tabella degli integrali Indefiniti, come ln(x), arcsen(h), arccos(x), arctan(x) o funzioni ottenute dal prodotto di una delle funzioni sopra elencate per un’altra funziona qualsiasi
2) Integrazione di funzioni complesse in seno, coseno e tangente, o integrazione di funzioni ottenute dal prodotto di seno, coseno e tangente per altre funzioni
Esempio 1
� ln(𝑥) = � 1 ∗ ln(𝑥) 𝑑𝑥 ℎ(𝑥) = ln(𝑥) 𝑔 ′ (𝑥) = 1 ==> 𝑔(𝑥) = 𝑥
� ln(𝑥) 𝑑𝑥 = 𝑥 ∗ ln(𝑥) − � 1
𝑥 𝑥 = 𝑥𝑙𝑛 (𝑥) − � 𝑑𝑥 = 𝑥(ln(𝑥) − 1) + 𝐶 Esempio 2
� 𝑥𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 𝑃𝑜𝑛𝑖𝑎𝑚𝑜 ℎ(𝑥) = 𝑥 𝑒 𝑔 ′ (𝑥) = sen(x) f(x)=-cos(x)
� 𝑥𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 = −𝑥𝑐𝑜𝑠(𝑥) − � cos(𝑥) 𝑑𝑥 = −𝑥𝑐𝑜𝑠(𝑥) + 𝑠𝑒𝑛(𝑥) + 𝐶
Alcune volte l’integrazione per parti non ci consente di ottenere direttamente un risultato, ma ci consente
comunque di calcolarlo in questo modo:
Esempio 3
� 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥) − � 𝑒 𝑥 cos(𝑥) 𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥) − 𝑒 𝑥 cos(𝑥) − � 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 Siamo tornati all’espressione iniziale, quindi sembra di “aver girato in tondo”, senza arrivare a nulla. In realtà abbiamo già il risultato in mano, infatti se interpretiamo il tutto come un’equazione la cui incognita è l’integrale abbiamo che
2 � 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥) − 𝑒 𝑥 cos (𝑥)
� 𝑒 𝑥 𝑠𝑒𝑛(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑒 𝑥
2 (𝑠𝑒𝑛(𝑥) − cos(𝑥))
Infine mediante l’integrazione per parti si può calcolare qualsiasi integrale nella forma:
� 𝑒 𝑥 𝑃(𝑥)𝑑𝑥
Applicando la formula n volte se P(x) è un polinomio di grado n (tuttavia c’è un sistema più rapido per calcolare questi integrali) [in questo caso bisogna porre g’(x) uguale al polinomio ogni volta, così che ad ogni passaggio P(x) scende di un grado].
Integrazione per sostituzione
La formula di integrazione per sostituzione è la seguente:
� 𝑔�𝑓(𝑥)� ∗ 𝑓 ′ (𝑥)𝑑𝑥 = � 𝑔(𝑦)𝑑𝑦| 𝑦=𝑓(𝑥)
Per esempio se si pone
𝑓(𝑥) = 𝑡
(per farlo è necessario che f(x) sia invertibile) bisogna poi ricavare un’espressione per x in funzione di t 𝑥 = 𝑓 −1 (𝑡)
E per dx
𝑑𝑥 = 𝑑
𝑑𝑡 �𝑓 −1 (𝑡)�𝑑𝑡 Dove
𝑑
𝑑𝑡 �𝑓 −1 (𝑡)�
Indica la derivata rispetto a t di f^-1(t).
Di seguito indichiamo le sostituzioni consigliate caso per caso:
Integrali del tipo∫ 𝑹�𝒙,√𝒂𝒙 + 𝒃�𝒅𝒙 Si fa la sostituzione
𝑡 2 = 𝑎𝑥 + 𝑏
𝑥 = 𝑡 2 − 𝑏 𝑎 𝑑𝑥 = 2𝑡
𝑎 𝑑𝑡 Integrali del tipo∫ 𝑹 �𝒙,�
𝒂𝒙+𝒃𝒄𝒙+𝒅�
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