exponenta event banner

changeIntegrationVariable

Интеграция путем замещения

Описание

пример

G = changeIntegrationVariable(F,old,new) применяет интеграцию путем подстановки к интегралам в F, в котором old заменяется на new. old должен зависеть от предыдущей интегральной переменной интегралов в F и new должна зависеть от новой интеграционной переменной. Дополнительные сведения см. в разделе Интеграция по замещению.

При задании интегралов в F, вы можете вернуть невысокую форму интегралов, используя int функции с помощью 'Hold' параметр имеет значение true. Затем можно использовать changeIntegrationVariable показать шаги интеграции путем замещения.

Примеры

свернуть все

Примените изменение переменной к определенному интегральному ∫abf (x + c) dx.

Определите интеграл.

syms f(x) y a b c
F = int(f(x+c),a,b)
F = 

abf(c+x)dxint(f(c + x), x, a, b)

Измените переменную x + c в интеграле на y.

G = changeIntegrationVariable(F,x+c,y)
G = 

a+cb+cf(y)dyint(f(y), y, a + c, b + c)

Найдите интеграл ∫cos (log (x)) dx с помощью интеграции путем подстановки.

Определите интеграл, не оценивая его, установив 'Hold' опция для true.

syms x t
F = int(cos(log(x)),'Hold',true)
F = 

cos(log(x))dxint(cos(log(x)), x, 'Hold = TRUE', true)

Заменить выражение log(x) с t.

G = changeIntegrationVariable(F,log(x),t) 
G = 

etcos(t)dtint(exp(t)*cos(t), t, 'Hold = TRUE', true)

Оценка интеграла в G, используйте release для игнорирования функции 'Hold' вариант.

H = release(G)
H = 

etcos(t)+sin(t)2(exp(t)*(cos(t) + sin(t)))/2

Восстановить log(x) вместо t.

H = simplify(subs(H,t,log(x)))
H = 

2xsin(π4+log(x))2(sqrt(sym(2))*x*sin(sym(pi)/4 + log(x)))/2

Сравнение результата с результатом интеграции, возвращенным int без установки 'Hold' опция для true.

Fcalc = int(cos(log(x)))
Fcalc = 

2xsin(π4+log(x))2(sqrt(sym(2))*x*sin(sym(pi)/4 + log(x)))/2

Найдите закрытое решение интегрального ∫x tan (log (x)) dx.

Определите интеграл с помощью int функция.

syms x
F = int(x*tan(log(x)),x)
F = 

xtan(log(x))dxint(x*tan(log(x)), x)

int функция не может найти замкнутое решение интеграла.

Заменить выражение log(x) с t. Применение интеграции путем замещения.

syms t
G = changeIntegrationVariable(F,log(x),t)
G = 

e2t2Fhypergeom1(1,-i; 1-i; -e2ti)i2+et2+2i2Fhypergeom1(1,1-i; 2-i; -e2ti)-14-14i(exp((2*t))*hypergeom([1, -sym(1i)], [1 - sym(1i)], -exp((2*t*sym(1i))))*sym(1i))/2 + exp((t*(sym(2) + 2i)))*hypergeom([1, 1 - sym(1i)], [2 - sym(1i)], -exp((2*t*sym(1i))))*(- sym(1/4) - sym(1/4)*sym(1i))

Решение замкнутой формы выражается в терминах гипергеометрических функций. Дополнительные сведения о гипергеометрических функциях см. в разделе hypergeom.

Вычислите интегральный ∫01esin (x) dx численно с высокой точностью.

Определите интегральный ∫01esin (x) dx. Замкнутого решения интеграла не существует.

syms x
F = int(exp(sqrt(sin(x))),x,0,1)
F = 

01esin(x)dxint(exp(sqrt(sin(x))), x, 0, 1)

Вы можете использовать vpa для численного вычисления интеграла до 10 значащих цифр.

F10 = vpa(F,10)
F10 = 1.944268879vpa('1.944268879')

Кроме того, можно использовать vpaintegral и укажите относительный допуск ошибки.

Fvpa = vpaintegral(exp(sqrt(sin(x))),x,0,1,'RelTol',1e-10)
Fvpa = 1.944268879vpa('1.944268879')

vpa функция не может найти числовое интегрирование до 70 значащих цифр, и она возвращает неоцененный интеграл в виде vpaintegral.

F70 = vpa(F,70)
F70 = 1.944268879138581167466225761060083173280747314051712224507065962575967vpa('1.944268879138581167466225761060083173280747314051712224507065962575967')

Чтобы найти численное интегрирование с высокой точностью, можно выполнить изменение переменной. Замените выражение sin (x) на t. Вычислите интеграл численно до 70 значащих цифр.

syms t;
G = changeIntegrationVariable(F,sqrt(sin(x)),t)
G = 

0sin(1)2tet1-t4dtint((2*t*exp(t))/sqrt(1 - t^4), t, 0, sqrt(sin(sym(1))))

G70 = vpa(G,70)
G70 = 1.944268879138581167466225761060083173280747314051712224507065962575967vpa('1.944268879138581167466225761060083173280747314051712224507065962575967')

Входные аргументы

свернуть все

Выражение, содержащее интегралы, указанное как символическое выражение, функция, вектор или матрица.

Подэкспрессия, которая должна быть заменена, задана как символическая скалярная переменная, выражение или функция. old должен зависеть от предыдущей интегральной переменной интегралов в F.

Новое вложенное выражение, указанное как символьная скалярная переменная, выражение или функция. new должна зависеть от новой интеграционной переменной.

Подробнее

свернуть все

Интеграция путем замещения

Математически правило подстановки формально определяется для неопределенных интегралов как

∫f (g (x)) g '(x) dx = (∫f (t) dt) | t = g (x)

и для определенных интегралов как

∫abf (g (x)) g '(x) dx=∫g (a) g (b) f (t) dt.

См. также

| | | |

Представлен в R2019b