Первообразная для f(x) = arcsin 2x
В этой задаче требуется найти первообразную F(x) для функции f(x) = arcsin 2x, удовлетворяющую условию F(0) = 0.
Условие
Решение
Шаг 1
Подынтегральное выражение arcsin 2x представляет собой обратную тригонометрическую функцию. Такие интегралы берутся методом интегрирования по частям.
Шаг 2
Разобьём подынтегральное выражение arcsin 2x dx на две части: u = arcsin 2x и dv = dx. Тогда du = 2/√(1−4x2) dx, а v = x.
Почему выбран именно метод интегрирования по частям?
Подынтегральное выражение содержит обратную тригонометрическую функцию arcsin 2x, у которой нет табличной первообразной. Ни подстановка, ни табличные формулы здесь не работают. Метод интегрирования по частям специально предназначен для таких интегралов: дифференцируя arcsin 2x, мы получаем простую рациональную функцию с корнем, интеграл от которой берётся элементарно.
Почему u = arcsin 2x, а не u = 1?
При интегрировании по частям в качестве u выбирают ту функцию, которая при дифференцировании упрощается, а в качестве dv — то, что легко интегрируется. Если взять u = arcsin 2x, то du = 2/√(1−4x²) dx — корень, но зато оставшийся интеграл сводится к табличному ∫ du/√u. Если же взять u = 1 и dv = arcsin 2x dx, придётся сначала найти первообразную от arcsin 2x — то есть решить ту же задачу. По правилу LIATE (логарифм, обратная тригонометрическая, алгебраическая, тригонометрическая, экспонента) обратная тригонометрическая функция стоит раньше константы, поэтому u = arcsin 2x.
Почему dv = dx, а не просто 1?
Формула интегрирования по частям: ∫ u dv = uv − ∫ v du. Здесь dv — дифференциал функции v, по определению dv = v′(x) dx. В нашем случае dv = dx, поэтому v = x. Если взять «dv = 1» без dx, то произведение u · dv = arcsin 2x · 1 = arcsin 2x — без множителя dx, и это не будет дифференциалом.
Шаг 3
Подставим в формулу интегрирования по частям:
Шаг 4
Для вычисления оставшегося интеграла внесём множитель 2x под знак дифференциала. Заметим, что d(1−4x²) = −8x dx, поэтому 2x dx = −(1/4) d(1−4x²). Тогда интеграл сводится к табличному:
Шаг 5
Таким образом, общее выражение для первообразной:
Шаг 6
Найдём постоянную C из условия F(0) = 0. При x = 0: arcsin 0 = 0, √(1−0) = 1, поэтому:
Шаг 7
Отсюда C = −1/2. Искомая первообразная имеет вид:
Ответ


