🐜 蚂蚁微积分 · 补缺 51 天
预备阶段:三角函数 · Day 9 / 51

三角函数积分

三角积分系数型恒等式化简

🎯 今天要会做什么

这是求导(Day 8)的逆运算。真题第 17 题里也会出现三角积分,今天先拿下不需要换元的那一档。


📖 知识点精讲

1. 基本三角积分(求导的逆运算)

被积函数积分结果
sin⁡x\sin x−cos⁡x+C-\cos x + C
cos⁡x\cos xsin⁡x+C\sin x + C
sec⁡2x\sec^2 xtan⁡x+C\tan x + C

记忆法:把 Day 8 的求导表「倒着读」。例如 (−cos⁡x)′=sin⁡x(-\cos x)'=\sin x,所以 ∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int\sin x\,\mathrm dx=-\cos x+C——sin⁡\sin 积分带负号,正好和「cos⁡\cos 求导带负号」对应。

2. 系数型:里面是 kxkx

∫sin⁡kx dx=−cos⁡kxk+C,∫cos⁡kx dx=sin⁡kxk+C.\int\sin kx\,\mathrm dx=-\frac{\cos kx}{k}+C,\qquad \int\cos kx\,\mathrm dx=\frac{\sin kx}{k}+C.

和求导相反:求导要乘 kk,积分要除 kk。算完用求导检验最稳妥。

3. 表里没有的,先用恒等式化简

遇到 tan⁡2x\tan^2 x、sin⁡2x\sin^2x 这类表里查不到的,先用 Day 5 的恒等式变形。例如 1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2x=\sec^2x,所以 tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2x=\sec^2x-1。


✍️ 例题精解

例 1 逐项积分

∫(2sin⁡x−3cos⁡x) dx=−2cos⁡x−3sin⁡x+C.\int(2\sin x-3\cos x)\,\mathrm dx=-2\cos x-3\sin x+C.

求导检验:(−2cos⁡x−3sin⁡x)′=2sin⁡x−3cos⁡x(-2\cos x-3\sin x)'=2\sin x-3\cos x。✓

例 2 系数型

∫cos⁡2x dx=sin⁡2x2+C.\int\cos 2x\,\mathrm dx=\frac{\sin 2x}{2}+C.

求导检验:(sin⁡2x2)′=2cos⁡2x2=cos⁡2x\left(\dfrac{\sin 2x}{2}\right)'=\dfrac{2\cos 2x}{2}=\cos 2x。✓

例 3 先化简再积分

∫tan⁡2x dx.\int\tan^2 x\,\mathrm dx.

解 表里没有 tan⁡2x\tan^2x,用 tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2x=\sec^2x-1:

∫tan⁡2x dx=∫(sec⁡2x−1) dx=tan⁡x−x+C.\int\tan^2 x\,\mathrm dx=\int(\sec^2x-1)\,\mathrm dx=\tan x-x+C.

🧮 课堂练习

先自己做,每道用求导检验,再展开对答案。错题归入「不定积分」分类。

  1. ∫(sin⁡x+cos⁡x) dx\displaystyle\int(\sin x+\cos x)\,\mathrm dx
  2. ∫sin⁡3x dx\displaystyle\int\sin 3x\,\mathrm dx
  3. ∫2cos⁡2x dx\displaystyle\int 2\cos 2x\,\mathrm dx
  4. ∫(sec⁡2x−sin⁡x) dx\displaystyle\int(\sec^2 x-\sin x)\,\mathrm dx
  5. ∫(1+tan⁡2x) dx\displaystyle\int(1+\tan^2 x)\,\mathrm dx
参考答案
  1. −cos⁡x+sin⁡x+C-\cos x+\sin x+C
  2. −cos⁡3x3+C-\dfrac{\cos 3x}{3}+C
  3. 2⋅sin⁡2x2+C=sin⁡2x+C2\cdot\dfrac{\sin 2x}{2}+C=\sin 2x+C
  4. tan⁡x+cos⁡x+C\tan x+\cos x+C
  5. 1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2x=\sec^2x,故 ∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\displaystyle\int\sec^2x\,\mathrm dx=\tan x+C

🎓 真题实战

下面这道直接来自历年卷的第 17 题,只用今天的基本公式就能做:

真题 (2023 年 10 月 · 第 17 题) 求不定积分 ∫(1+sec⁡2x) dx\displaystyle\int(1+\sec^2 x)\,\mathrm dx。

真题参考答案

逐项积分,∫1 dx=x\displaystyle\int 1\,\mathrm dx=x,∫sec⁡2x dx=tan⁡x\displaystyle\int\sec^2x\,\mathrm dx=\tan x:

∫(1+sec⁡2x) dx=x+tan⁡x+C.\int(1+\sec^2 x)\,\mathrm dx=x+\tan x+C.

想看它在整张卷里的位置,可点开 2023 年 10 月真题。需要换元的三角积分(如 ∫sin⁡3xcos⁡x dx\int\sin^3x\cos x\,\mathrm dx)留到 Day 25。


🔑 小结 / 易错点