三角积分换元公式主要包括以下几种:
基本换元公式
$\int \sin(x) \, dx = -\cos(x) + C$
$\int \cos(x) \, dx = \sin(x) + C$
$\int \sec^2(x) \, dx = \tan(x) + C$
$\int \csc^2(x) \, dx = -\cot(x) + C$
$\int \sec(x) \tan(x) \, dx = \sec(x) + C$
$\int \csc(x) \cot(x) \, dx = -\csc(x) + C$
复杂三角函数积分的换元
对于 $\int \sin(mx) \cos(nx) \, dx$,可以使用三角和差公式 $\sin(mx) \cos(nx) = \frac{1}{2} (\sin((m+n)x) + \sin((m-n)x))$,然后进行换元。
万能公式
$\int \frac{1}{x} \sin(x) \, dx = \int \frac{1}{x} \, dx + C$
$\int x \sin(x) \, dx = x \int \frac{1}{x} \, dx + C$
三角代换
当积分中有像 $(1-x^2)$、$(x^2-1)$、$(1+x^2)$ 式子时,可以使用以下三角函数换元:
$x^2 - 1 = \sec^2(t) - 1 = \tan^2(t)$(令 $x = \sec(t), \, dx = \tan(t) \, dt$)
$1 + x^2 = 1 + \tan^2(t) = \sec^2(t)$(令 $x = \tan(t), \, dx = \sec^2(t) \, dt$)
根式形式的换元
$\sqrt{a^2 - x^2}$ 用 $x = a \sin(t), \, t \in \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$ 替换
$\sqrt{a^2 + x^2}$ 用 $x = a \tan(t), \, t \in \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$ 替换
$\sqrt{x^2 - a^2}$ 用 $x = a \sec(t), \, t \neq \frac{\pi}{2}$ 替换
其他换元公式
$t = \tan\left(\frac{x}{2}\right)$,则有 $\sin(x) = \frac{2t}{1+t^2}$,$\cos(x) = \frac{1-t^2}{1+t^2}$,$dx = \frac{2}{1+t^2} \, dt$
这些换元公式可以帮助简化复杂的三角函数积分,选择合适的换元方法可以大大减少计算量。在使用换元公式时,需要注意选择合适的代换变量和积分范围,以确保换元后的积分能够顺利进行。