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如何对∫xdy(y为x的函数)积分?求证等式∫xdy=xy-∫ydx是否成立?

如何计算∫xdy(当y是x的函数时)& 分部积分等式验证

嘿,这个问题问到点子上了,不管是做微积分计算还是后续的物理、工程应用,这个积分转换和分部积分的点都挺常用的。我来给你拆解清楚:

当y是x的函数时,计算∫xdy的方法

既然y是x的函数,我们可以先把这个积分转换成更熟悉的关于x的积分来处理,步骤很清晰:

  • 先写出y对x的微分:假设y = f(x),那根据微分定义,dy = f’(x)dx(也就是dy = y’ dx,简写更方便)
  • 把dy代入原积分,就得到了关于x的积分:∫x dy = ∫x · y’ dx
  • 接下来就可以用常规的积分技巧(比如分部积分、换元法、幂函数积分公式等)来计算这个积分了。举个具体例子:如果y = x³,那dy = 3x²dx,代入后就是∫x·3x²dx = ∫3x³dx = (3/4)x⁴ + C,要是需要用y表示结果的话,再把x换成∛y就行,也就是(3/4)y^(4/3) + C

等式∫xdy = xy - ∫ydx是否成立?

答案是完全成立!这其实就是分部积分法的微分形式写法,证明过程非常直观,用基本的微分法则就能推出来:

  1. 先回忆乘积的微分公式:两个函数乘积的微分等于第一个函数乘第二个函数的微分,加上第二个函数乘第一个函数的微分,也就是 d(xy) = x dy + y dx
  2. 把这个式子变形,把我们需要的x dy单独移到等式左边:x dy = d(xy) - y dx
  3. 对等式两边同时取不定积分:左边是∫x dy,右边是∫d(xy) - ∫y dx
  4. 因为积分是微分的逆运算,所以∫d(xy)的结果就是xy + C(C是积分常数),而两个积分的常数项可以合并到一起,所以最终就得到了∫x dy = xy - ∫y dx

如果是定积分的话,这个等式同样适用,形式会变成:
∫ₐᵇx dy = [xy]ₐᵇ - ∫ₐᵇy dx
这里的[xy]ₐᵇ表示把积分上限b和下限a代入xy后做差,也就是x(b)y(b) - x(a)y(a)

另外补充一句:这个分部积分等式的适用性不止局限于y是x的函数,哪怕是参数方程形式或者其他变量关系,只要微分运算成立,这个式子都能用,是个非常通用的积分工具。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Noa Vidović

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