換元積分法(Integration By Substitution)是求積分的一種方法,主要通過引進中間變數作變數替換使原式簡易,從而來求較複雜的不定積分。這種方法是由鏈式法則和微積分基本定理推導而來的。
換元積分法的基本思想是將一個複雜的積分變成一個簡單的積分,通過引入一個新的變數來實現。如果u=g(x)是可導函式,f(g(x))是一個可積函式,那麼∫f(g(x))g'(x)dx=∫f(u)du。
換元積分法有兩種主要類型:
第一類換元積分法(也稱為湊微分法):設在上有定義,在上可導,且,並記。若在上存在原函式,則在上也存在原函式,即。使用這種方法的關鍵在於將湊成,以及的原函式容易獲得。
第二類換元積分法:設在上有定義,在上可導,且,並記。
在選擇換元變數時,需要注意到一些關鍵點,如選擇一個新的變數,使得被積函式能夠變成一個基本的函式或者一個已知的積分形式;需要注意變數的範圍、方向等。學習套用換元積分法解決一些基本的積分問題,比如冪函式積分、三角函式積分等。
通過練習多種類型的換元積分法,包括代數換元、三角換元、反三角換元等,並結合實際問題套用,可以提高換元積分法的熟練程度。