أتدرب وأحل المسائل

تكامل اقترانات خاصة

أجد كلاً من التكاملات الآتية:

(1) ∫(e2x−3−x) dx

∫(e2x−3−x) dx=∫(e2x−3−x1/2) dx=12e2x−3−23x3/2+C

(2) ∫(e0.5x−3e0.5x) dx

∫(e0.5x−3e0.5x) dx=∫(e0.5x−3e−0.5x) dx=2e0.5x+6e−0.5x+C

(3) ∫(4sin⁡ 5x−5cos⁡ 4x) dx

∫(4sin⁡ 5x−5cos⁡ 4x) dx=−45cos⁡ 5x−54sin⁡ 4x+C

(4) ∫(3sec⁡ x tan⁡ x−25x) dx

∫(3sec⁡ x tan⁡ x−25x) dx=3sec⁡ x−25ln⁡ |x|+C

(5) ∫(ex−1ex)2 dx

∫(ex−1ex)2 dx=∫(ex−2+1ex) dx=∫(ex−2+e−x) dx=ex−2x−e−x+C

(6) ∫(sin⁡ (5−3x)+2+4x2) dx

∫(sin⁡ (5−3x)+2+4x2) dx=13cos⁡ (5−3x)+2x+43x3+C

(7) ∫(ex+1)2 dx

∫(ex+1)2 dx=∫(e2x+2ex+1) dx=12e2x+2ex+x+C

(8) ∫(e4−x+sin⁡ (4−x)+cos⁡ (4−x)) dx

∫(e4−x+sin⁡ (4−x)+cos⁡ (4−x))dx=−e4−x+cos⁡ (4−x)−sin⁡ (4−x)+C

(9) ∫x4−62x dx

∫x2−62x dx=∫(12x−3x) dx=14x2−3ln⁡ |x|+C

(10) ∫(3csc2⁡ (3x+2)+5x) dx 

∫(3csc2⁡ (3x+2)+5x) dx=−cot⁡ (3x+2)+5ln⁡ |x|+C

(11) ∫ex+1ex dx

∫ex+1ex dx=∫(1+e−x) dx=x−e−x+C

(12) ∫exex+4 dx

∫exex+4 dx=ln⁡ |ex+4|+C=ln⁡ (ex+4)+C

(13) ∫cos⁡ 2xsin⁡ xcos⁡ x+4 dx

∫cos⁡ 2xsin⁡ xcos⁡ x+4 dx=∫cos⁡ 2x12sin⁡ 2x+4 dx=ln⁡ |12sin⁡ 2x+4|+C=ln⁡ (12sin⁡ 2x+4)+C

(14) ∫dx5−x3

∫dx5−x3=−3∫−135−x3 dx=−3ln⁡ |5−x3|+C

(15) ∫11−sin⁡ x dx

∫11−sin⁡ x dx=∫11−sin⁡ x×1+sin⁡ x1+sin⁡ x dx=∫1+sin⁡ x1−sin2⁡ x dx=∫1+sin⁡ xcos2⁡ x dx=∫(sec2⁡ x+tan⁡ xsec⁡ x) dx=tan⁡ x+sec⁡ x+C

(16) ∫sec2⁡ x(1+excos2⁡ x) dx

∫sec2⁡ x(1+excos2⁡ x) dx=∫(sec2⁡ x+ex) dx=tan⁡ x+ex+C

(17) ∫(2x−2x) dx

∫(2x−2x) dx=2ln⁡ |x|−2xln⁡ 2+C

(18) ∫sin⁡ 3x cos⁡ 2x dx

∫sin⁡ 3xcos⁡ 2x dx=12∫(sin⁡ 5x+sin⁡ x) dx=−110cos⁡ 5x−12cos⁡ x+C

 ∫2x+33x2+9x−1dx (19)

∫2x+33x2+9x−1dx=13∫6x+93x2+9x−1dx=13ln⁡|3x2+9x−1|+C

∫x2+x+1x2+1dx (20)

∫x2+x+1x2+1dx=∫(x2+1x2+1+xx2+1)dx=∫(1+12×2xx2+1)dx=x+12ln⁡(x2+1)+C

∫(1+cos⁡xsin2⁡x+(sin2⁡xcsc⁡x))dx (21)

∫(1+cos⁡xsin2⁡x+sin2⁡xcsc⁡x)dx=∫(csc2⁡x+cot⁡xcsc⁡x+sin⁡x)dx=−cot⁡x−csc⁡x−cos⁡x+C

∫(sec⁡x+tan⁡x)2dx (22)

∫(sec⁡x+tan⁡x)2dx=∫(sec2⁡x+2sec⁡xtan⁡x+tan2⁡x)dx=∫(sec2⁡x+2sec⁡xtan⁡x+sec2⁡x−1)dx=∫(2sec2⁡x+2sec⁡xtan⁡x−1)dx=2tan⁡x+2sec⁡x−x+C

∫ex−e−xex+e−xdx (23)

∫ex−e−xex+e−xdx=ln⁡(ex+e−x)+C

∫x2x3−3dx (24)

∫x2x3−3dx=13∫3x2x3−3dx=13ln⁡|x3−3|+C

∫(9cos2⁡x−sin2⁡x−6sin⁡xcos⁡x)dx (25)

∫(9cos2⁡x−sin2⁡x−6sin⁡xcos⁡x)dx=∫(9cos2⁡x−(1−cos2⁡x)−6sin⁡xcos⁡x)dx=∫(10cos2⁡x−1−6sin⁡xcos⁡x)dx=∫(10(1+cos⁡2x2)−1−3sin⁡2x)dx=∫(5+5cos⁡2x−1−3sin⁡2x)dx=∫(4+5cos⁡2x−3sin⁡2x)dx=4x+52sin⁡2x+32cos⁡2x+C

∫(cos4⁡x−sin4⁡x)dx (26)

∫(cos4⁡x−sin4⁡x)dx=∫(cos2⁡x−sin2⁡x)(cos2⁡x+sin2⁡x)dx=∫(cos2⁡x−sin2⁡x)dx=∫cos⁡2xdx=12sin⁡2x+C

أجد قيمة كل من التكاملات الآتية:

∫0π2cos⁡12xdx∫0π2cos⁡12xdx (27)

∫0π2cos⁡12xdx=4sin⁡12x|0π=4(sin⁡π2−sin⁡0)=4

∫02π|sin⁡x|dx (28)

|sin⁡x|={sin⁡x,0≤x≤π−sin⁡x,π<x≤2π∫02π|sin⁡x|dx=∫0πsin⁡xdx+∫π2π−sin⁡xdx=−cos⁡x|0π+cos⁡x|π2π=−(cos⁡π−cos⁡0)+cos⁡2π−cos⁡π=−(−2)+1−(−1)=4

∫π/6π/33tan2⁡xdx (29)

∫π6π33tan2⁡xdx=∫π6π33(sec2⁡x−1)dx=3(tan⁡x−x)|π6π3=3(tan⁡π3−π3)−3(tan⁡π6−π6)=23−π2

∫1e8xx2+1dx (30)

∫1e8xx2+1dx=4∫1e2xx2+1dx=4ln⁡|x2+1||1e=4ln⁡(e2+1)−4ln⁡2=4ln⁡(e2+12)

∫0π/6sin⁡3xcos⁡xdx(31)

∫0π6sin⁡3xcos⁡xdx=12∫0π6(sin⁡4x+sin⁡2x)dx=(−18cos⁡4x−14cos⁡2x)|0π6=−18cos⁡4π6−14cos⁡2π6−(−18cos⁡0−14cos⁡0)=516

∫π/4π/3cot2⁡x1+cot2⁡xdx (32)

∫π4π3cot2⁡x1+cot2⁡xdx=∫π4π3cot2⁡xcsc2⁡xdx=∫π4π3cos2⁡xsin2⁡csc2⁡xdx=∫π4π3cos2⁡xsin2⁡x(1sin2⁡x)dx=∫π4π3cos2⁡xdx=12∫π4π3(1+cos⁡2x)dx=12(x+12sin⁡2x)|π4π3=π6+14sin⁡2π3−(π8+14sin⁡2π4)

∫03(x−5x)dx (33)

∫03(x−5x)dx=(12x2−5xln⁡5)|03=92−125ln⁡5−(0−1ln⁡5)=92−124ln⁡5

∫04|x2−4x+3|dx (34)

|x2−4x+3|={x2−4x+3,x<1−x2+4x−3,1≤x≤3x2−4x+3,x>3∫04|x2−4x+3|dx=∫01(x2−4x+3)dx+∫13(−x2+4x−3)dx+∫34(x2−4x+3)dx=(13x3−2x2+3x)|01+(−13x3+2x2−3x)|13+(13x3−2x2+3x)|34=13−2+3−0+(−9+18−9)−(−13+2−3)+643−32+12

∫14(3−|x−3|)dx (35)

|x−3|={3−x,x≤3x−3,x>3∫14(3−|x−3|)dx=∫13(3−(3−x))dx+∫34(3−(x−3))dx=∫13xdx+∫34(6−x)dx=12x2|13+(6x−12x2)|34=92−12+24−8−(18−92)=132

(36) إذا كان f(x)={x2+4,x<04−x,x≥0، فأجد قيمة: ∫−11f(x)dx.

∫−11f(x)dx=∫−10(x2+4)dx+∫01(4−x)dx=(13x3+4x)|−10+(4x−12x2)|01=0−(−13−4)+4−12−0=476

الشكل(37) أجد مساحة المنطقة المظللة بين المحور x ومنحنى الاقتران: f(x)=e0.5x−2 الممثل في الشكل المجاور.

A=∫24(e0.5x−2)dx=(2e0.5x−2x)|24=2e2−8−(2e−4)=2e2−2e−4

(38) إذا كان: ∫a3a2x+1xdx=ln⁡12، فأجد قيمة الثابت a، حيث: a>0.

∫a3a2x+1xdx=∫a3a2+1xdx=(2x+ln⁡|x|)|a3a=6a+ln⁡3a−2a−ln⁡a=4a+ln⁡3⇒4a+ln⁡3=ln⁡12⇒4a=ln⁡12−ln⁡34a=ln⁡123⇒a=14ln⁡4

(39) أثبت أن: ∫0axx2+a2dx=ln⁡2، حيث: a≠0.

∫0axx2+a2dx=12∫0a2xx2+a2dx=12ln⁡(x2+a2)|0a=12(ln⁡(2a2)−ln⁡(a2))=12ln⁡2=ln⁡2

الشكل(40) يبين الشكل المجاور منحنى الاقتران: f(x)=4x. إذا كانت مساحة المنطقة المحصورة بين منحنى الاقتران f(x)، والمحور x، والمستقيمين: x=a،x=1، هي 10 وحدات مربعة، فأجد قيمة الثابت a.

A=∫1a4xdx=4ln⁡|x||1a=4ln⁡a−4ln⁡1=4ln⁡a⇒4ln⁡a=10⇒ln⁡a=53⇒a=e52

(41) إذا كان: f(x)=∫cos⁡(12x+π)dx، وكان: f(π)=3، فأجد f(0).

f(x)=∫cos⁡(12x+π)dx=2sin⁡(12x+π)+Cf(π)=2sin⁡(12π+π)+C3=2sin⁡3π2+C3=−2+C⇒C=5⇒f(x)=2sin⁡(12x+π)+5⇒f(0)=2sin⁡π+5=5

(42) إذا كان: y=∫sin⁡(π2−2x)dx، وكان: 1=y عندما x=π4، فأثبت أنه يمكن كتابة y في صورة: y=1+sin⁡2x2.

y=∫sin⁡(π2−2x)dx=−cos⁡(π2−2x)−2+C=12cos⁡(π2−2x)+Cy|x=π4=12cos⁡(π2−π2)+C1=12+C⇒C=12⇒y=12cos⁡(π2−2x)+12⇒y=12sin⁡2x+12⇒y=1+sin⁡2x2

(43) يمثل الاقتران: dydx=e2x−2e−x ميل المماس لمنحنى الاقتران y. أجد قاعدة الاقتران y إذا علمت أن منحناه يمر بالنقطة (0,1).

y=∫(e2x−2e−x)dx=12e2x+2e−x+Cy|x=0=12+2+C1=52+C⇒C=−32⇒y=12e2x+2e−x−32

(44) إذا كان: ∫π/9π(9+sin⁡3x)dx=aπ+b، فأجد قيمة الثابتين النسبيين: a وb.

∫π9π(9+sin⁡3x)dx=(9x−13cos⁡3x)|π9π=9π−13cos⁡3π−π+13cos⁡π3=8π+13+16=8π+12⇒8π+12=aπ+b

ونظراً لأن a وb نسبيان، فلا يوجد حل لهذه المعادلة سوى أن يكون: a=8,b=12

(45) يمثل الاقتران: f′(x)=cos2⁡x ميل المماس لمنحنى الاقتران f(x). أجد قاعدة الاقتران f إذا علمت أن يمر بنقطة الأصل.

f(x)=∫cos2⁡xdx=12∫(1+cos⁡2x)dx=12(x+12sin⁡2x)+Cf(0)=12(0+12sin⁡0)+C0=0+C⇒C=0f(x)=12x+14sin⁡2x

يتحرك جسيم في مسار مستقيم، وتعطى سرعته المتجهة بالاقتران: v(t)=e−2t، حيث t الزمن بالثواني، وv سرعته المتجهة بالمتر لكل ثانية. إذا كان الموقع الابتدائي للجسيم هو 3m، فأجد كلاً مما يأتي:

(46) موقع الجسيم بعد t ثانية.

s(t)=∫e−2tdt=−12e−2t+Cs(0)=−12+C=3⇒C=723=−12+C⇒C=72s(t)=−12e−2t+72

(47) موقع الجسيم بعد 100 ثانية.

s(100)=−12e−200+72≈3.5m

سنجاببيئة: في دراسة تناولت أحد أنواع الحيوانات المهددة بالانقراض في غابة، تبين أن عدد حيوانات هذا النوع (t)P يتغير بمعدل: P′(t)=−0.51e−0.03t، حيث t الزمن بالسنوات بعد بدء الدراسة:

(48) أجد قاعدة الاقتران (t)P عند أي زمن t، علما بأن عدد حيوانات هذا النوع عند بدء الدراسة هو 500 حيوان.

P(t)=∫−0.51e−0.03tdt=−0.51−0.03e−0.03t+C=17e−0.03t+CP(0)=17+C500=17+C⇒C=483P(t)=17e−0.03t+483

(49) أجد عدد الحيوانات بعد 10 سنوات من بدء الدراسة، مقرباً إجابتي إلى أقرب عدد صحيح.

P(10)=17e−0.3+483≈496

ورمطب: في تجربة لدواء جديد أعطي لمريض لديه ورم حميد، حجمه 30cm3، تبين أن حجم الورم بعد t يوماً من بدء التجربة يتغير بمعدل: P′(t)=0.15−0.9e0.006t مقيساً بوحدة (cm3/day):

(50) أجد قاعدة حجم الورم بعد t يوماً من بدء التجرية.

P(t)=∫(0.15−0.9e0.006t)dt=0.15t−0.90.006e0.006t+C=0.15t−150e0.006t+CP(0)=−150+C30=−150+C⇒C=180P(t)=0.15t−150e0.006t+180

(51) أجد حجم الورم بعد 10 أيام من بدء التجربة.

P(10)=1.5−150e0.06+180≈22.2cm3