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Chapter Review

积分章节核心知识点总结 - 系统复习与综合应用

一、积分的本质:微分的逆过程

积分是微分的"逆运算"——微分是"从原函数求导数",积分是"从导数(或微分式)还原原函数(含常数项)"。

核心理解

积分与微分是互逆的运算关系:

  • 微分:已知原函数 \( f(x) \),求导数 \( f'(x) \)
  • 积分:已知导数 \( f'(x) \),求原函数 \( f(x) + c \)

其中 \( c \) 是积分常数,因为微分时常数的导数为0,积分时需要补回所有可能的常数。

二、幂函数的积分公式

积分需遵循"幂次加1,再除以新幂次"的规则,且结果含积分常数 \( c \)

1. 简单幂函数(形式为 \( x^n \),\( n \neq -1 \))

若 \( \frac{dy}{dx} = x^n \)(或 \( f'(x) = x^n \)),则原函数为:

\[ y = \frac{1}{n+1}x^{n+1} + c \quad \text{(或 } f(x) = \frac{1}{n+1}x^{n+1} + c \text{)} \]

示例

  • 若 \( \frac{dy}{dx} = x^3 \),则 \( y = \frac{1}{4}x^4 + c \)
  • 若 \( f'(x) = x^{-\frac{1}{2}} \)(\( x > 0 \)),则 \( f(x) = 2\sqrt{x} + c \)

2. 含常数系数的幂函数(形式为 \( kx^n \),\( n \neq -1 \))

若 \( \frac{dy}{dx} = kx^n \)(或 \( f'(x) = kx^n \)),则原函数为:

\[ y = \frac{k}{n+1}x^{n+1} + c \quad \text{(或 } f(x) = \frac{k}{n+1}x^{n+1} + c \text{)} \]

(常数 \( k \) 参与"除以新幂次"的运算,积分常数 \( c \) 不与 \( k \) 相乘)

示例

  • 若 \( \frac{dy}{dx} = 3x^2 \),则 \( y = x^3 + c \)
  • 若 \( f'(x) = 4x^{\frac{1}{3}} \),则 \( f(x) = 3x^{\frac{4}{3}} + c \)

三、多项式的逐项积分

多项式(多项式的和/差)积分时,需逐项分别积分后相加/相减,即:

逐项积分法则

\[ \int \left[ f(x) + g(x) \right] dx = \int f(x) \, dx + \int g(x) \, dx \]

示例

求 \( \int (2x^3 - 5x + \frac{1}{x^2}) dx \)(\( x \neq 0 \)):

  • 对 \( 2x^3 \) 积分:\( \int 2x^3 dx = \frac{1}{2}x^4 \)
  • 对 \( -5x \) 积分:\( \int -5x dx = -\frac{5}{2}x^2 \)
  • 对 \( \frac{1}{x^2} = x^{-2} \) 积分:\( \int x^{-2} dx = -\frac{1}{x} \)

最终结果:\( \frac{1}{2}x^4 - \frac{5}{2}x^2 - \frac{1}{x} + c \)

四、确定积分常数 \( c \)(得到唯一原函数)

不定积分的结果含 \( c \),表示"一族函数"。若要得到唯一的原函数,需结合"函数经过某一点 \( (x_0, y_0) \)"或"函数在某点的取值 \( f(x_0) = k \)",步骤为:

解题步骤

  1. 积分:对导数积分,得到含 \( c \) 的原函数
  2. 代入:将已知点 \( (x_0, y_0) \)(或 \( f(x_0) = k \))代入原函数
  3. 解 \( c \):解关于 \( c \) 的方程,得到具体常数
  4. 写最终函数:将 \( c \) 代入原函数,得到唯一表达式

示例

曲线 \( y = f(x) \) 过点 \( (1, 3) \),且 \( \frac{dy}{dx} = 2x + 1 \),求曲线方程:

  • 积分得 \( y = x^2 + x + c \)
  • 代入 \( (1, 3) \):\( 3 = 1^2 + 1 + c \implies c = 1 \)
  • 最终方程:\( y = x^2 + x + 1 \)

核心思想总结

积分核心思想

积分是"微分的逆操作",核心规则围绕"幂次调整(加1后除新幂次)"展开;多项式积分需"逐项处理";积分常数的确定依赖"额外的点信息",以锁定唯一的原函数。

记忆口诀

  • 积分本质:微分的逆过程
  • 幂函数积分:幂次加1,再除以新幂次
  • 多项式积分:逐项分别积分
  • 确定常数:代入已知点求解

重要注意事项

⚠️ 常见错误

  • 忘记积分常数:积分后必须加上 \( c \)
  • 特殊情况遗漏:当 \( n = -1 \) 时,\( \int x^{-1} dx = \ln|x| + c \)
  • 系数处理错误:常数系数参与"除以新幂次"运算
  • 逐项积分遗漏:多项式必须逐项分别积分

✅ 正确做法

  • 仔细检查被积函数的形式
  • 必要时先化简表达式
  • 逐项应用积分公式
  • 最后添加积分常数
  • 验证结果(对结果求导,看是否得到原被积函数)