أتدرب وأحل المسائل

التكامل

أجد كلاً من التكاملات الآتية:

∫x2(2x3+5)4dx (1)

u=2x3+5⇒dudx=6x2⇒dx=du6x2∫x2(2x3+5)4dx=∫x2u4×du6x2=∫16u4du=130u5+C=130(2x3+5)5+C

∫x2x+3dx (2)

u=x+3⇒dx=du,x=u−3x2x+3dx=∫x2udu=∫(u−3)2udu=∫(u52−6u32+9u12)du=27u72−125u52+6u32+C=27(x+3)72−125(x+3)52+6(x+3)32+C=27(x+3)7−125(x+3)5+6(x+3)3+C

∫x(x+2)3dx (3)

u=x+2⇒dx=du,x=u−2∫x(x+2)3dx=∫xu3du=∫(u−2)u3du=∫(u4−2u3)du=15u5−12u4+C=15(x+2)5−12(x+2)4+C

∫xx+4dx (4)

u=x+4⇒dx=du,x=u−4∫xx+4dx=∫xudu=∫u−4udu=∫(u12−4u−12)du=23u32−8u12+C=23(x+4)32−8(x+4)12+C=23(x+4)3−8x+4+C

∫sin⁡xcos⁡2xdx (5)

∫sin⁡xcos⁡2xdx=∫sin⁡x(2cos2⁡x−1)dxu=cos⁡x⇒dudx=−sin⁡x⇒dx=du−sin⁡x∫sin⁡xcos⁡2xdx=∫sin⁡x(2u2−1)×du−sin⁡x=∫(1−2u2)du=u−23u3+C=cos⁡x−23cos3⁡x+C

∫e3xex+1dx (6)

bbbu=ex+1⇒dudx=ex⇒dx=duex,ex=u−1∫e3xex+1dx=∫e3xu×duex=∫e2xudu=∫(u−1)2udu=∫(u−2+1u)du=12u2−2u+ln⁡|u|+C=12(ex+1)2−2(ex+1)+ln⁡(ex+1)+C

∫sec4⁡xdx (7)

∫sec4⁡xdx=∫sec2⁡x×sec2⁡xdx=∫sec2⁡x(1+tan2⁡x)dxu=tan⁡x⇒dudx=sec2⁡x⇒dx=dusec2⁡x∫sec4⁡xdx=∫sec2⁡x(1+u2)×dusec2⁡x=∫(1+u2)du=u+13u3+C=tan⁡x+13tan3⁡x+C

∫tan⁡xcos2⁡xdx (8)

∫tan⁡xcos2⁡xdx=∫tan⁡xsec2⁡xdxu=tan⁡x⇒dudx=sec2⁡x⇒dx=dusec2⁡x∫tan⁡xcos2⁡xdx=∫usec2⁡x×dusec2⁡x=∫udu=12u2+C=12tan2⁡x+C

∫sin⁡(ln⁡x)xdx (9)

u=ln⁡x⇒dudx=1x⇒dx=xdu∫sin⁡(ln⁡x)xdx=∫sin⁡ux×xdu=∫sin⁡udu=−cos⁡u+C=−cos⁡(ln⁡x)+C

∫sin⁡xcos⁡x1+sin2⁡xdx (10)

∫sin⁡xcos⁡x1+sin2⁡xdx=12∫2sin⁡xcos⁡x1+sin2⁡xdx=12ln⁡(1+sin2⁡x)+C

∫2ex−2e−x(ex+e−x)2dx (11)

u=ex+e−x⇒dudx=ex−e−x⇒dx=duex−e−x∫2ex−2e−x(ex+e−x)2dx=∫2(ex−e−x)u2×duex−e−x=∫2u−2du=−2u−1+C=−2ex+e−x+C

∫−x(x+1)x+1dx (12)

u=x+1⟹dx=du,x=u−1∫−x(x+1)x+1dx=∫1−uuudu=∫1−uu32du=∫(u−32−u−12)du=−2u−12−2u12+C=−2(x+1)−12−2(x+1)12+C=−2x+1−2x+1+C

∫xx+103dx (13)

u=x+10⇒dx=du,x=u−10∫xx+103dx=∫(u−10)u13du=∫(u43−10u13)du=37u73−152u43+C=37(x+10)73−152(x+10)43+C=37(x+10)73−152(x+10)43+C

∫(sec2⁡x2tan7⁡x2)dx (14)

u=tan⁡x2⇒dudx=12sec2⁡x2⇒dx=2dusec2⁡x2∫sec2⁡x2tan7⁡x2dx=∫sec2⁡x2u7×2dusec2⁡x2=2∫u7du=14u8+C=14tan8⁡x2+C

∫sec3⁡x+esin⁡xsec⁡xdx (15)

∫sec3⁡x+esin⁡xsec⁡xdx=∫(sec2⁡x+cos⁡xesin⁡x)dx=∫sec2⁡xdx+∫cos⁡xesin⁡xdxu=sin⁡x⇒dudx=cos⁡x⇒dx=ducos⁡x∫sec3⁡x+esin⁡xsec⁡xdx=∫sec2⁡xdx+∫cos⁡xeu×ducos⁡x=tan⁡x+∫eudu=tan⁡x+eu+C=tan⁡x+esin⁡x+C

∫(1+sin⁡x3)cos3⁡xdx (16)

u=sin⁡x⇒dudx=cos⁡x⇒dx=ducos⁡x∫(1+sin⁡x3)cos3⁡xdx=∫(1+u13)cos3⁡xducos⁡x=∫(1+u13)cos2⁡xdu=∫(1+u13)(1−sin2⁡x)du=∫(1+u13)(1−u2)du=∫(1+u13)(1−u2)du=∫(1−u2+u13−u73)du=u−13u3+34u43−310u103+C=sin⁡x−13sin3⁡x+34sin43⁡x−310sin103⁡x+C

∫sin⁡xsec5⁡xdx (17)

∫sin⁡xsec5⁡xdx=∫sin⁡xcos−5⁡xdxu=cos⁡x⇒dudx=−sin⁡x⇒dx=du−sin⁡x∫sin⁡xsec5⁡xdx=∫sin⁡xu−5×du−sin⁡x=−∫u−5du=14u−4+C=14cos−4⁡x+C=14sec4⁡x+C

∫sin⁡x+tan⁡xcos3⁡xdx (18)

∫sin⁡x+tan⁡xcos3⁡xdx=∫(tan⁡xsec2⁡x+tan⁡xsec3⁡x)dx=∫tan⁡xsec⁡x(sec⁡x+sec2⁡x)dxu=sec⁡x⇒dudx=tan⁡xsec⁡x⇒dx=dutan⁡xsec⁡x∫sin⁡x+tan⁡xcos3⁡xdx=∫tan⁡xsec⁡x(u+u2)dutan⁡xsec⁡x=∫(u+u2)du=12u2+13u3+C=12sec2⁡x+13sec3⁡x+C

أجد قيمة كلا من التكاملات الآتية:

∫0π/4sin⁡x1−cos2⁡2xdx (19)

1−cos2⁡2x=sin2⁡2x=|sin⁡2x|

لكن الزاوية 2x تكون ضمن الربع الأول عندما 0<x<π4

لذا فإن sin⁡2x>0 ويكون |sin⁡2x|=sin⁡2x

∫0π4sin⁡x1−cos2⁡2xdx=∫0π4sin⁡xsin⁡2xdx=∫0π42sin2⁡xcos⁡xdxu=sin⁡x⇒dudx=cos⁡x⇒dx=ducos⁡xx=0⇒u=0x=π4⇒u=12∫0π4sin⁡x1−cos2⁡2xdx=∫0122u2cos⁡xducos⁡x=∫0122u2du=23u3|012=132

∫0π/2xsin⁡x2dx (20)

u=x2⇒dudx=2x⇒dx=du2xx=π2⇒u=π24x=0⇒u=0∫0π2xsin⁡x2dx=∫0π24xsin⁡udu2x=12∫0π24sin⁡udu=−12cos⁡u|0π24=−12(cos⁡π24−1)≈0.891

∫01x31+x2dx (21)

u=1+x2⇒dudx=2x⇒dx=du2x,x2=u−1x=0⇒u=1x=1⇒u=2∫01x31+x2dx=∫12x3u×du2x=12∫12x2udu=12∫12u−1udu=12∫12(u12−u−12)du=12(23u32−2u12)|12=12(23(2)32−2(2)12−(23(1)−2(1)))=2−23

∫0π/3sec2⁡xtan5⁡xdx (22)

u=tan⁡x⇒dudx=sec2⁡x⇒dx=dusec2⁡xx=0⇒u=0x=π3⇒u=3∫0π3sec2⁡xtan5⁡xdx=∫03sec2⁡xu5dusec2⁡x=∫03u5du=16u6|03=92

∫02(x−1)e(x−1)2dx (23)

u=(x−1)2⇒dudx=2(x−1)⇒dx=du2(x−1)x=0⇒u=1x=2⇒u=1∫02(x−1)e(x−1)2dx=∫11(x−1)eudu2(x−1)=0

∫142+xxdx (24)

u=2+x⇒dudx=12x⇒dx=2xdux=1⇒u=3x=4⇒u=4∫142+xxdx=∫34ux2xdu=∫342udu=43u32|34=4(8−33)3

∫0110x(1+x3)2dx (25)

u=1+x32⇒dudx=32x12⇒dx=23dux12x=0⇒u=1x=1⇒u=2∫0110x(1+x3)2dx=∫1210xu223dux12=203∫12u−2du=−203u−1|12=103

∫0π/62cos⁡xsin⁡xdx (26)

u=cos⁡x⇒dudx=−sin⁡x⇒dx=du−sin⁡xx=0⇒u=1x=π6⇒u=32∫0π62cos⁡xsin⁡xdx=∫1322usin⁡xdu−sin⁡x=−∫1322udu=−2uln⁡2|132=−1ln⁡2(232−2)≈0.256

∫π/4π/2csc2⁡xcot5⁡xdx (27)

u=cot⁡x⇒dudx=−csc2⁡x⇒dx=du−csc2⁡xx=π2⇒u=0x=π4⇒u=1∫π4π2csc2⁡xcot5⁡xdx=∫10csc2⁡xu5du−csc2⁡x=∫10−u5du=−16u6|10=16

أجد مساحة المنطقة المظللة في كل من التمثيلات البيانية الآتية: 

التمثيل البياني للسؤال 28

A=−∫−106x(x2+1)3dx+∫016x(x2+1)3dxu=x2+1⇒dudx=2x⇒dx=du2xx=−1⇒u=2x=0⇒u=1x=1⇒u=2A=−∫216xu3du2x+∫126xu3du2x=∫123u3du+∫123u3du=∫126u3du=64u4|12=452

التمثيل البياني للسؤال 29

A=∫24x(x−1)3dxu=x−1⇒dx=du,x=u+1x=2⇒u=1x=4⇒u=3A=∫24x(x−1)3dx=∫13u+1u3du=∫13(u−2+u−3)du=(−u−1−12u−2)|13=−13−12(19)+1+12=109

التمثيل البياني للسؤال 30

u=x2⟹dudx=2x⟹dx=du2xx=−1⇒u=1x=0⇒u=0x=2⇒u=4A=−∫−10xex2dx+∫02xex2dx=−∫10xeudu2x+∫04xeudu2x=−∫1012eudu+∫0412eudu=−12eu|10+12eu|04=−12e0+12e1+12e4−12e0=12(e4+e)−1≈27.658

التمثيل البياني للسؤال 31

u=x2+π6⇒dudx=2x⇒dx=du2xx=π6⇒=π3x=0⇒u=π6A=∫0π62xcos⁡(x2+π6)dx=∫π6π32xcos⁡udu2x=∫π6π3cos⁡udu=sin⁡u|π6π3=sin⁡π3−sin⁡π6=32−12=3−12≈0.366

في كل مما يأتي المشتقة الأولى للاقتران f(x)، ونقطة يمر بها منحنى y=f(x). أستعمل المعلومات المعطاة لإيجاد قاعدة الاقتران f(x):

f′(x)=2x(4x2−10)2;(2,10) (32)

f(x)=∫f′(x)dx=∫2x(4x2−10)2dxu=4x2−10⇒dudx=8x⇒dx=du8xf(x)=∫2xu2du8x=∫u2du4=14∫u2du=112u3+C⇒f(x)=112(4x2−10)3+Cf(2)=112(216)+C=10⇒C=−810=18+C⇒C=−8⇒f(x)=112(4x2−10)3−8

f′(x)=x2e−0.2x3;(0,32) (33)

f(x)=∫f′(x)dx=∫x2e−0.2x3dxu=−0.2x3⇒dudx=−0.6x2⇒dx=du−0.6x2f(x)=∫x2eudu−0.6x2=−106∫eudu=−53eu+C⇒f(x)=−53e−0.2x3+Cf(0)=−53+C32=−53+C⇒C=196⇒f(x)=−53e−0.2x3+196

منحنى الاقترانيبين الشكل المجاور جزءاً من منحنى الاقتران f(x)=x(x−2)4: 

(34) أجد إحداثي نقطة تماس الاقتران مع المحور x

نجد أصفار الاقتران بحل المعادلة f(x)=0

x(x−2)4=0⇒x=0,x=2

نقطة التقاطع 0,0، فتكون نقطة التماس (2,0)

ويمكن التحقق بحساب f′(2):

f′(x)=(x−2)4+4x(x−2)3f′(2)=(2−2)4+4(2)(2−2)3=0

(35) أجد مساحة المنطقة المحصورة بين منحنى الاقتران f(x) والمحور x

A=∫02x(x−2)4dxu=x−2⇒dx=du,x=u+2x=0⇒u=−2x=2⇒u=0A=∫02x(x−2)4dx=∫−20(u+2)u4du=∫−20(u5+2u4)du=(16u6+25u5)|−20=0−(16(−2)6+25(−2)5)=3215

(36) يتحرك جسيم في مسار مستقيم، وتعطى سرعته المتجهة بالاقتران: v(t)=sin⁡ωtcos2⁡ωt، حيث t الزمن بالثواني، وv سرعته المتجهة بالمتر لكل ثانية، وbbb ثابت، إذا انطلق الجسيم من نقطة الأصل، فأجد موقعه بعد t ثانية. 

s(t)=∫sin⁡ωtcos2⁡ωtdtu=cos⁡ωt⇒dudx=−ωsin⁡ωt⇒dt=du−ωsin⁡ωts(t)=∫sin⁡ωtu2du−ωsin⁡ωt=−1ω∫u2du=−13ωu3+C⇒s(t)=−130cos3⁡ωt+C

لكن s(0)=0 لأن الجسيم انطلق من نقطة الأصل.

s(0)=−13ω+C0=−13ω+C⇒C=13ω⇒s(t)=−13ωcos3⁡ωt+13ω

حقنة(37) طب: يمثل الاقتران C(t) تركيز دواء في الدم بعد t دقيقة من حقنه في جسم مريض، حيث C مقيسة بالمليغرام لكل سنتيمتر مكعب (mg/cm3)، إذا كان تركيز الدواء لحظة حقنه في جسم المريض 0.5mg/cm3، وأخذ يتغير بمعدل C′(t)=−0.01e−0.01t(1+e−0.01t)2، فأجد C(t). 

C(t)=∫C′(t)dt=∫−0.01e−0.01t(1+e−0.01t)2dtu=1+e−0.01t⇒dudt=−0.01e−0.01t⇒dt=du−0.01e−0.01tC(t)=∫−0.01e−0.01tu2×du−0.01e−0.01t=∫u−2du=−u−1+K

(استعمل الرمز K لثابت التكامل بدل C المعتاد لتمييز ثابت التكامل عن رمز الاقتران C):

C(t)=−(1+e−0.01t)−1+KC(0)=−(2)−1+K12=−12⇒K=1⇒C(t)=−(1+e−0.01t)−1+1C(t)=−11+e−0.01t+1

(38) أجد قيمة ∫ln⁡3ln⁡4e4xex−2dx، ثم اكتب الإجابة بالصيغة الآتية: ab+cln⁡d، حيث a,b,c,d ثوابت صحيحة.

u=ex−2⇒dudx=ex⇒dx=duexex=u+2x=ln⁡3⇒u=eln⁡3−2=3−2=1x=ln⁡4⇒u=eln⁡4−2=4−2=2∫ln⁡3ln⁡4e4xex−2dx=∫12e4xuduex=∫12e3xudu=∫12(u+2)3udu=∫12u3+6u2+12u+8udu=∫12(u2+6u+12+8u)du=(13u3+3u2+12u+8ln⁡|u|)|12

(39) إذا كان: f′(x)=tan⁡x، وكان: f(3)=5، فأثبت أن f(x)=ln⁡|cos⁡3cos⁡x|+5.

f(x)=∫tan⁡xdx=−∫−sin⁡xcos⁡xdx=−ln⁡|cos⁡x|+Cf(3)=−ln⁡|cos⁡3|+C5=−ln⁡|cos⁡3|+C⇒C=5+ln⁡|cos⁡3|f(x)=−ln⁡|cos⁡x|+5+ln⁡|cos⁡3|=ln⁡|cos⁡3cos⁡x|+5