أتدرب وأحل المسائل

التكامل بالأجزاء

أجد كلاً من التكاملات الآتية:

∫(x+1)cos⁡xdx (1)

u=x+1dv=cos⁡xdxdu=dxv=sin⁡x∫(x+1)cos⁡xdx=(x+1)sin⁡x−∫sin⁡xdx=(x+1)sin⁡x+cos⁡x+C

∫xex/2dx (2)

u=xdv=e12xdxdu=dxv=2e12x∫xe12xdx=2xe12x−∫2e12xdx=2xe12x−4e12x+C

∫(2x2−1)e−xdx (3)

u=2x2−1dv=e−xdxdu=4xdxv=−e−x∫(2x2−1)e−xdx=−(2x2−1)e−x+∫4xe−xdxu=4xdv=e−xdxdu=4dxv=−e−x∫(2x2−1)e−xdx=−(2x2−1)e−x−4xe−x+∫4e−xdx=−(2x2−1)e−x−4xe−x−4e−x+C=−e−x(2x2+4x+3)+C

∫ln⁡xdx (4)

∫ln⁡xdx=∫12ln⁡xdxu=ln⁡xdv=12dxdu=1xdxv=12x∫12ln⁡xdx=12xln⁡x−∫12dx=12xln⁡x−12x+C

∫xsin⁡xcos⁡xdx (5)

∫xsin⁡xcos⁡xdx=∫12xsin⁡2xdxu=12xdv=sin⁡2xdxdu=12dxv=−12cos⁡2x∫xsin⁡xcos⁡xdx=−14xcos⁡2x+∫14cos⁡2xdx=−14xcos⁡2x+18sin⁡2x+C

∫xsec⁡xtan⁡xdx (6)

u=xdv=sec⁡xtan⁡xdxdu=dxv=sec⁡x∫xsec⁡xtan⁡xdx=xsec⁡x−∫sec⁡xdx=xsec⁡x−∫sec⁡x×sec⁡x+tan⁡xsec⁡x+tan⁡xdx=xsec⁡x−∫sec2⁡x+sec⁡xtan⁡xsec⁡x+tan⁡xdx=xsec⁡x−ln⁡|sec⁡x+tan⁡x|+C

∫xsin2⁡xdx (7)

∫xsin2⁡xdx=∫xcsc2⁡xdxu=xdv=csc2⁡xdxdu=dxv=−cot⁡x∫xcsc2⁡xdx=−xcot⁡x+∫cot⁡xdx=−xcot⁡x+∫cos⁡xsin⁡xdx=−xcot⁡x+ln⁡|sin⁡x|+C

∫ln⁡xx3dx (8)

u=ln⁡xdv=x−3dxdu=1xdxv=−12x−2∫x−3ln⁡xdx=−12x−2ln⁡x−∫−12x−21xdx=−12x−2ln⁡x+∫12x−3dx=−12x−2ln⁡x−14x−2+C=−ln⁡x2x2−14x2+C

∫2x2sec2⁡xtan⁡xdx (9)

u=2x2dv=sec2⁡xtan⁡xdxdu=4xdxv=12tan2⁡x

ملاحظة: لإيجاد v استخدمنا طريقة التعويض، حيث: y=tan⁡x,dx=dysec2⁡x ومنه:

v=∫sec2⁡xtan⁡xdx=∫sec2⁡xydysec2⁡x=∫ydy=12y2=12tan2⁡x∫2x2sec2⁡xtan⁡xdx=2x2(12tan2⁡x)−∫2xtan2⁡xdxu=2xdv=tan2⁡xdx=(sec2⁡x−1)dxdu=2dxv=tan⁡x−x∫2x2sec2⁡xtan⁡xdx=x2tan2⁡x−(2x(tan⁡x−x)−∫2(tan⁡x−x)dx)=x2tan2⁡x−2xtan⁡x+2x2+2∫(sin⁡xcos⁡x−x)dx=x2tan2⁡x−2xtan⁡x+2x2−2ln⁡|cos⁡x|−x2+C=x2tan2⁡x−2xtan⁡x+x2−2ln⁡|cos⁡x|+C

∫(x−2)8−xdx (10)

هذه المسألة يمكن حلها بالتعويض، حيث: (u=8−x أو u=8−x) 

وحلها بالأجزاء كالآتي:

u=x−2dv=(8−x)12dxdu=dxv=−23(8−x)32∫(x−2)8−xdx=(x−2)×−23(8−x)32−∫−23(8−x)32dx=−23(x−2)(8−x)32−415(8−x)52+C

∫x3cos⁡2xdx (11)

بالأجزاء 3 مرات، لنستخدم طريقة الجدول:

حل السؤال 11

∫x3cos⁡2xdx=12x3sin⁡2x+34x2cos⁡2x−34xsin⁡2x−38cos⁡2x+C

∫x6xdx (12)

∫x6xdx=∫x6−xdxu=xdv=6−xdxdu=dxv=−6−xln⁡6∫x6−xdx=−x6−xln⁡6+∫6−xln⁡6dx=−x6−xln⁡6−6−x(ln⁡6)2+C

∫e−xsin⁡2xdx (13)

u=e−xdv=sin⁡2xdxdu=−e−xdxv=−12cos⁡2x∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−∫12e−xcos⁡2xdxu=12e−xdv=cos⁡2xdxdu=−12e−xdxv=12sin⁡2x∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−14e−xsin⁡2x−14∫e−xsin⁡2xdx∫e−xsin⁡2xdx+14∫e−xsin⁡2xdx=−14e−x(sin⁡2x+2cos⁡2x)+C54∫e−xsin⁡2xdx=−14e−x(sin⁡2x+2cos⁡2x)+C∫e−xsin⁡2xdx=−15e−x(sin⁡2x+2cos⁡2x)+C

∫cos⁡xln⁡sin⁡xdx (14)

u=ln⁡sin⁡xdv=cos⁡xdxdu=cos⁡xsin⁡xdxv=sin⁡x∫cos⁡xln⁡sin⁡xdx=sin⁡xln⁡sin⁡x−∫cos⁡xdx=sin⁡xln⁡sin⁡x−sin⁡x+C

∫exln⁡(1+ex)dx (15)

u=ln⁡(1+ex)dv=exdxdu=ex1+exdxv=ex∫exln⁡(1+ex)dx=exln⁡(1+ex)−∫e2x1+exdx=exln⁡(1+ex)−∫(ex+−11+ex)dx=exln⁡(1+ex)−∫(ex+−e−xe−x+1)dx=exln⁡(1+ex)−ex−ln⁡(1+e−x)+C

أجد قيمة كل من التكاملات الآتية:

∫0π/2excos⁡xdx (16)

∫excos⁡xdx=12ex(sin⁡x+cos⁡x)+C⇒∫0π2excos⁡xdx=12ex(sin⁡x+cos⁡x)|0π2=12eπ2−12e0=12eπ2−12

∫1eln⁡x2dx (17)

∫1eln⁡x2dx=∫1e2ln⁡xdxu=2ln⁡xdv=dxdu=2xdxv=x∫1e2ln⁡xdx=2xln⁡x|1e−∫1e2dx=2xln⁡x|1e−2x|1e=2eln⁡e−2ln⁡1−2e+2=2e−0−2e+2=2

∫12ln⁡(xex)dx (18)

∫12ln⁡(xex)dx=∫12(ln⁡x+ln⁡ex)dx=∫12(ln⁡x+x)dx=∫12ln⁡xdx+∫12xdx

نجد بطريقة ∫12ln⁡xdx الأجزاء:

u=ln⁡xdv=dxdu=1xdxv=x∫12ln⁡xdx=xln⁡x|12−∫12dx=xln⁡x|12−x|12=2ln⁡2−ln⁡1−2+1=2ln⁡2−1∫12xdx=12x2|12=42−12=32⇒∫12ln⁡(xex)dx=2ln⁡2−1+32=2ln⁡2+12

∫π/12π/9xsec2⁡3xdx (19)

u=xdv=sec2⁡3xdxdu=dxv=13tan⁡3x∫π12π9xsec2⁡3xdx=13xtan⁡3x|π12π9−∫π12π913tan⁡3xdx=13xtan⁡3x|π12π9−∫π12π913sin⁡3xcos⁡3xdx=13xtan⁡3x|π12π9+19ln⁡cos⁡3x|π12π9=π27tan⁡π3−π36tan⁡π4+19ln⁡cos⁡π3−19ln⁡cos⁡π4=π327−π36+19ln⁡12−19ln⁡12

∫1ex4ln⁡xdx (20)

u=ln⁡xdv=x4dxdu=dxxv=15x5∫1ex4ln⁡xdx=15x5ln⁡x|1e−∫1e15x4dx=15x5ln⁡x|1e−125x5|1e=15e5−0−125e5+125=4e5+125

∫0π/2x2sin⁡xdx (21)

نجد ∫x2sin⁡xdx باستخدام طريقة الجدول:

حل السؤال 21

∫x2sin⁡xdx=−x2cos⁡x+2xsin⁡x+2cos⁡x+C⇒∫0π2x2sin⁡xdx=−x2cos⁡x+2xsin⁡x+2cos⁡x|0π2=π−2

∫01x(e−2x+e−x)dx (22)

u=xdv=(e−2x+e−x)dxdu=dxv=−12e−2x−e−x∫01x(e−2x+e−x)dx=−12xe−2x−xe−x|01−∫01(−12e−2x−e−x)dx=−12xe−2x−xe−x|01−(14e−2x+e−x)|01=−12e−2−e−1−14e−2−e−1+14+1=−34e−2−2e−1+54

∫01xex(1+x)2dx (23)

u=xexdv=(1+x)−2dxdu=(xex+ex)dx=ex(x+1)dxv=−(1+x)−1∫01xex(1+x)2dx=−xex(1+x)−1|01+∫01ex(x+1)(1+x)dx=−xex1+x|01+ex|01=−e2+e−1=12e−1

∫01x3xdx (24)

u=xdv=3xdxdu=dxv=3xln⁡3∫01x3xdx=x3xln⁡3|01−∫013xln⁡3dx=x3xln⁡3|01−3x(ln⁡3)2|01=3ln⁡3−3(ln⁡3)2+1(ln⁡3)2=3ln⁡3−2(ln⁡3)2

أجد كلاً من التكاملات الآتية:

∫x3ex2dx (25)

y=x2⇒dx=dy2x∫x3ex2dx=∫x3eydy2x=∫12x2eydy=∫12yeydyu=12ydv=eydydu=12dyv=ey∫12yeydy=12yey−∫12eydy=12yey−12ey+C∫x3ex2dx=12x2ex2−12ex2+C

∫cos⁡(ln⁡x)dx (26)

y=ln⁡x⇒dydx=1x⇒dx=xdy,x=ey∫cos⁡(ln⁡x)dx=∫xcos⁡ydy=∫eycos⁡ydy∫eycos⁡ydy=12ey(sin⁡y+cos⁡y)+C⇒∫cos⁡(ln⁡x)dx=12eln⁡x(sin⁡ln⁡x+cos⁡ln⁡x)+C=12x(sin⁡ln⁡x+cos⁡ln⁡x)+C

∫x3sin⁡x2dx (27)

y=x2⇒dx=dy2x∫x3sin⁡x2dx=∫x3sin⁡ydy2x=∫12x2sin⁡ydy=∫12ysin⁡ydyu=12ydv=sin⁡ydydu=12dyv=−cos⁡y∫12ysin⁡ydy=−12ycos⁡y+∫12cos⁡ydy=−12ycos⁡y+12sin⁡y+C∫x3sin⁡x2dx=−12x2cos⁡x2+12sin⁡x2+C

∫ecos⁡xsin⁡2xdx (28)

y=cos⁡x⇒dx=ay−sin⁡x∫ecos⁡xsin⁡2xdx=∫ey(2sin⁡xcos⁡x)dy−sin⁡x=∫−2yeydyu=−2ydv=eydydu=−2dyv=ey∫−2yeydy=−2yey+∫2eydy=−2yey+2ey+C⇒∫ecos⁡xsin⁡2xdx=−2cos⁡xecos⁡x+2ecos⁡x+C

∫sin⁡xdx (29)

y=cos⁡x⇒dx=ay−sin⁡x∫ecos⁡xsin⁡2xdx=∫ey(2sin⁡xcos⁡x)dy−sin⁡x=∫−2yeydyu=−2ydv=eydydu=−2dyv=ey∫−2yeydy=−2yey+∫2eydy=−2yey+2ey+C⇒∫ecos⁡xsin⁡2xdx=−2cos⁡xecos⁡x+2ecos⁡x+C

∫x3ex2(x2+1)2dx (30)

y=x2⇒dydx=2x⇒dx=dy2x∫x3ex2(x2+1)2dx=∫x3ey(y+1)2dy2x=∫12x2ey(y+1)2dy=∫12yey(y+1)2dyu=12yeydv=1(y+1)2dydu=12(yey+ey)dy=12ey(y+1)dyv=−1y+1∫12yey(y+1)2dy=−yey2(y+1)+∫1y+1×12ey(y+1)dy=−yey2(y+1)+12∫eydy=−yey2(y+1)+12ey+C∫x3ex2(x2+1)2dx=−x2ex22(x2+1)+12ex2+C=ex22(x2+1)+C

منحنى الاقترانإذا كان الشكل المجاور يمثل منحنى الاقتران: f(x)=e−xsin⁡2x، حيث: x≥0 فأجيب عن الأسئلة الثلاثة الآتية تباعاً:

(31) أجد إحداثيي كل من النقطة A، والنقطة B.

 الإحداثيان x للنقطتين A وB هما أصغر حلين موجبين للمعادلة:

f(x)=e−xsin⁡2x=0⇒sin⁡2x=0⇒2x=π,2π,…⇒x=π2,π,…⇒A(π2,0),B(π,0)

(32) أجد مساحة المنطقة المظللة.

A=∫0π2e−xsin⁡2xdx+(−∫π2πe−xsin⁡2xdx)

للبسيط سنجد أولاً: ∫e−xsin⁡2xdx (التكامل غير المحدود)

u=e−xdv=sin⁡2xdxdu=−e−xdxv=−12cos⁡2x∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−∫12e−xcos⁡2xdxu=12e−xdv=cos⁡2xdxdu=−12e−xdxv=12sin⁡2x∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−14e−xsin⁡2x−14∫e−xsin⁡2xdx∫e−xsin⁡2xdx+14∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−14e−xsin⁡2x54∫e−xsin⁡2xdx=−12e−xcos⁡2x−14e−xsin⁡2x+C∫e−xsin⁡2xdx=−15e−x(2cos⁡2x+sin⁡2x)+C⇒A=−15e−x(2cos⁡2x+sin⁡2x)|0π2+15e−x(2cos⁡2x+sin⁡2x)|π2π=25e−π2+25+25e−π+25e−π2=25(1+e−π+2e−π2)

(33) يتحرك جسيم في مسار مستقيم، وتعطى سرعته المتجهة بالاقتران: v(t)=te−t/2، حيث t الزمن بالثواني، وv سرعته المتجهة بالمتر لكل ثانية. إذا بدأ الجسيم الحركة من نقطة الأصل، فأجد موقعه بعد t ثانية.

s(t)=∫te−t2dtu=tdv=e−t2dtdu=dtv=−2e−t2s(t)=−2te−t2−∫−2e−t2dt=−2te−t2−4e−t2+Cs(0)=0−4+C0=0−4+C⇒C=4⇒s(t)=−2te−t2−4e−t2+4

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)=(x+2)sin⁡x;(0,2) (34)

f(x)=∫(x+2)sin⁡xdxu=x+2dv=sin⁡xdxdu=dxv=−cos⁡xf(x)=−(x+2)cos⁡x+∫cos⁡xdx=−(x+2)cos⁡x+sin⁡x+Cf(0)=−2+0+C2=−2+0+C⇒C=4f(x)=−(x+2)cos⁡x+sin⁡x+4

f′(x)=2xe−x;(0,3) (35)

f(x)=∫2xe−xdxu=2xdv=e−xdxdu=2dxv=−e−xf(x)=−2xe−x+∫2e−xdx=−2xe−x−2e−x+Cf(0)=0−2+C3=−2+C⇒C=5f(x)=−2xe−x−2e−x+5

لوحة مفاتيح(36) دورة تدريبية: تقدمت دعاء لدورة تدريبية متقدمة في الطباعة. إذا كان عدد الكلمات التي تطبعها دعاء في الدقيقة يزداد بمعدل: N′(t)=(t+6)e−0.25t، حيث N(t) عدد الكلمات التي تطبعها دعاء في الدقيقة بعد t أسبوعاً من التحاقها بالدورة، فأجد N(t)، علماً بأن دعاء كانت تطبع 40 كلمة في الدقيقة عند بدء الدورة.

N(t)=∫(t+6)e−0.25tdtu=t+6dv=e−0.25tdtdu=dtv=−4e−0.25tN(t)=−4(t+6)e−0.25t+∫4e−0.25tdt=−4(t+6)e−0.25t−16e−0.25t+CN(0)=−24−16+C40=−24−16+C⇒C=80⇒N(t)=−4(t+6)e−0.25t−16e−0.25t+80