เครื่องคำนวณปริพันธ์

คำนวณปริพันธ์จำกัดเขตและไม่จำกัดเขตพร้อมเฉลยทีละขั้นตอนด้วยพลัง AI
integral of x^2 * sin(x) dx
integral of 1/(x^2 + 1) dx
integral from 0 to pi of sin(x) dx
integral of ln(x) dx

ปริพันธ์คืออะไร?

ปริพันธ์ เป็นแนวคิดมูลฐานในแคลคูลัสที่แทนการสะสมของปริมาณ มีสองประเภทหลัก:

ปริพันธ์ไม่จำกัดเขต (ปฏิยานุพันธ์)

ปริพันธ์ไม่จำกัดเขตของ f(x)f(x) คือตระกูลของฟังก์ชัน F(x)+CF(x) + C ที่ทำให้ F′(x)=f(x)F'(x) = f(x):

∫f(x) dx=F(x)+C\int f(x)\,dx = F(x) + C

โดยที่ CC คือค่าคงตัวของการหาปริพันธ์

ปริพันธ์จำกัดเขต

ปริพันธ์จำกัดเขตคำนวณพื้นที่สุทธิแบบมีเครื่องหมายใต้เส้นโค้ง f(x)f(x) จาก aa ถึง bb:

∫abf(x) dx=F(b)−F(a)\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a)

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า ทฤษฎีบทมูลฐานของแคลคูลัส ซึ่งเชื่อมโยงการหาอนุพันธ์และการหาปริพันธ์

ในเชิงเรขาคณิต ปริพันธ์จำกัดเขตแทนพื้นที่ระหว่างฟังก์ชันกับแกน xx บนช่วง [a,b][a, b] พื้นที่เหนือแกนเป็นบวก และพื้นที่ใต้แกนเป็นลบ

ปริพันธ์มีการประยุกต์กว้างขวางในฟิสิกส์ (งาน การกระจัด) วิศวกรรม (การประมวลผลสัญญาณ) ความน่าจะเป็น (ค่าคาดหวัง) และเศรษฐศาสตร์ (ส่วนเกินผู้บริโภค)

วิธีคำนวณปริพันธ์

กฎพื้นฐานของการหาปริพันธ์

∫xn dx=xn+1n+1+C(n≠−1)\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C \quad (n \neq -1)

∫1x dx=ln⁡∣x∣+C\int \frac{1}{x}\,dx = \ln|x| + C

∫ex dx=ex+C\int e^x\,dx = e^x + C

∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int \sin x\,dx = -\cos x + C

∫cos⁡x dx=sin⁡x+C\int \cos x\,dx = \sin x + C

วิธีที่ 1: การแทนค่า (u-substitution)

ใช้เมื่อฟังก์ชันปริพันธ์มีฟังก์ชันประกอบ ให้ u=g(x)u = g(x) แล้ว du=g′(x) dxdu = g'(x)\,dx:

∫f(g(x))⋅g′(x) dx=∫f(u) du\int f(g(x)) \cdot g'(x)\,dx = \int f(u)\,du

ตัวอย่าง: ∫2x⋅ex2 dx\int 2x \cdot e^{x^2}\,dx ให้ u=x2u = x^2, du=2x dxdu = 2x\,dx ดังนั้นปริพันธ์กลายเป็น ∫eu du=ex2+C\int e^u\,du = e^{x^2} + C

วิธีที่ 2: การหาปริพันธ์ทีละส่วน

อิงจากกฎผลคูณสำหรับอนุพันธ์:

∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv = uv - \int v\,du

เลือก uu และ dvdv โดยใช้กฎ LIATE (ลอการิทึม ตรีโกณมิติผกผัน พีชคณิต ตรีโกณมิติ เลขชี้กำลัง)

ตัวอย่าง: ∫x⋅ex dx\int x \cdot e^x\,dx ให้ u=xu = x, dv=ex dxdv = e^x\,dx แล้ว du=dxdu = dx, v=exv = e^x ผลลัพธ์: xex−ex+Cxe^x - e^x + C

วิธีที่ 3: เศษส่วนย่อย

สำหรับฟังก์ชันตรรกยะ P(x)Q(x)\frac{P(x)}{Q(x)} ให้แยกออกเป็นเศษส่วนที่ง่ายกว่า:

∫1x2−1 dx=∫12(1x−1−1x+1)dx=12ln⁡∣x−1x+1∣+C\int \frac{1}{x^2 - 1}\,dx = \int \frac{1}{2}\left(\frac{1}{x-1} - \frac{1}{x+1}\right)dx = \frac{1}{2}\ln\left|\frac{x-1}{x+1}\right| + C

วิธีที่ 4: การแทนค่าตรีโกณมิติ

สำหรับฟังก์ชันปริพันธ์ที่มี a2−x2\sqrt{a^2 - x^2}, a2+x2\sqrt{a^2 + x^2} หรือ x2−a2\sqrt{x^2 - a^2}:

นิพจน์การแทนค่าเอกลักษณ์ที่ใช้
a2−x2\sqrt{a^2 - x^2}x=asin⁡θx = a\sin\theta1−sin⁡2θ=cos⁡2θ1 - \sin^2\theta = \cos^2\theta
a2+x2\sqrt{a^2 + x^2}x=atan⁡θx = a\tan\theta1+tan⁡2θ=sec⁡2θ1 + \tan^2\theta = \sec^2\theta
x2−a2\sqrt{x^2 - a^2}x=asec⁡θx = a\sec\thetasec⁡2θ−1=tan⁡2θ\sec^2\theta - 1 = \tan^2\theta

การเปรียบเทียบวิธี

วิธีเหมาะที่สุดสำหรับตัวบ่งชี้สำคัญ
การแทนค่าฟังก์ชันประกอบมีอนุพันธ์ของฟังก์ชันภายในอยู่
ทีละส่วนผลคูณของประเภทต่าง ๆผลคูณของพีชคณิต × อดิศัย
เศษส่วนย่อยฟังก์ชันตรรกยะพหุนาม / พหุนาม
การแทนค่าตรีโกณรากที่สองของสมการกำลังสองรูป a2±x2\sqrt{a^2 \pm x^2}

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและควรหลีกเลี่ยง

  • ลืมค่าคงตัวของการหาปริพันธ์: ปริพันธ์ไม่จำกัดเขตทุกตัวต้องมี +C+ C ปฏิยานุพันธ์เป็นตระกูลของฟังก์ชัน
  • ใช้กฎกำลังไม่ถูกต้อง: ∫x−1 dx=ln⁡∣x∣+C\int x^{-1}\,dx = \ln|x| + C ไม่ใช่ x00\frac{x^0}{0} กฎกำลัง xn+1n+1\frac{x^{n+1}}{n+1} ใช้ไม่ได้เมื่อ n=−1n = -1
  • เครื่องหมายผิดกับปริพันธ์ตรีโกณ: ∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int \sin x\,dx = -\cos x + C (เครื่องหมายลบ) ∫cos⁡x dx=sin⁡x+C\int \cos x\,dx = \sin x + C (เครื่องหมายบวก)
  • ลืมแทนค่ากลับ: เมื่อใช้การแทนค่า uu ให้แปลงคำตอบสุดท้ายกลับเป็นตัวแปรดั้งเดิม xx เสมอ
  • ขอบเขตผิดในปริพันธ์จำกัดเขต: เมื่อใช้การแทนค่าในปริพันธ์จำกัดเขต ให้เปลี่ยนขอบเขตให้ตรงกับตัวแปรใหม่ หรือแทนค่ากลับก่อนหาค่า

Examples

Step 1: ใช้การหาปริพันธ์ทีละส่วน: ให้ u=x2u = x^2, dv=ex dxdv = e^x\,dx ดังนั้น du=2x dxdu = 2x\,dx, v=exv = e^x
Step 2: ใช้ครั้งแรก: x2ex−∫2xex dxx^2 e^x - \int 2x e^x\,dx
Step 3: ใช้ทีละส่วนอีกครั้งกับ ∫2xex dx\int 2xe^x\,dx: ให้ u=2xu = 2x, dv=ex dxdv = e^x\,dx ได้ 2xex−2ex2xe^x - 2e^x
Step 4: รวม: x2ex−2xex+2ex+C=ex(x2−2x+2)+Cx^2 e^x - 2xe^x + 2e^x + C = e^x(x^2 - 2x + 2) + C
Answer: ex(x2−2x+2)+Ce^x(x^2 - 2x + 2) + C

Step 1: สังเกตว่า 11+x2\frac{1}{1+x^2} คืออนุพันธ์ของ arctan⁡(x)\arctan(x)
Step 2: ใช้ทฤษฎีบทมูลฐาน: [arctan⁡(x)]01\left[\arctan(x)\right]_0^1
Step 3: หาค่า: arctan⁡(1)−arctan⁡(0)=π4−0=π4\arctan(1) - \arctan(0) = \frac{\pi}{4} - 0 = \frac{\pi}{4}
Answer: π4\frac{\pi}{4}

Step 1: แยกตัวประกอบตัวส่วน: x2+3x+2=(x+1)(x+2)x^2+3x+2 = (x+1)(x+2)
Step 2: สังเกตว่าตัวเศษ 2x+32x+3 คืออนุพันธ์ของตัวส่วน x2+3x+2x^2+3x+2
Step 3: ใช้สูตร ∫f′(x)f(x) dx=ln⁡∣f(x)∣+C\int \frac{f'(x)}{f(x)}\,dx = \ln|f(x)| + C
Step 4: ผลลัพธ์: ln⁡∣x2+3x+2∣+C\ln|x^2+3x+2| + C
Answer: ln⁡∣x2+3x+2∣+C\ln|x^2+3x+2| + C

Frequently Asked Questions

ปริพันธ์ไม่จำกัดเขตให้ปฏิยานุพันธ์ทั่วไป (ฟังก์ชันบวกค่าคงตัว C) ในขณะที่ปริพันธ์จำกัดเขตหาพื้นที่สุทธิใต้เส้นโค้งระหว่างขอบเขตสองค่าที่กำหนดและให้ค่าเชิงตัวเลข

ใช้การแทนค่าเมื่อเห็นฟังก์ชันประกอบที่อนุพันธ์ของฟังก์ชันภายในปรากฏในฟังก์ชันปริพันธ์ ใช้การหาปริพันธ์ทีละส่วนเมื่อมีผลคูณของฟังก์ชันสองประเภทที่ต่างกัน เช่น x คูณ e^x หรือ x คูณ sin(x)

เนื่องจากการหาอนุพันธ์กำจัดค่าคงตัว (อนุพันธ์ของค่าคงตัวใด ๆ เป็นศูนย์) จึงมีปฏิยานุพันธ์จำนวนอนันต์ที่ต่างกันด้วยค่าคงตัว +C แทนตระกูลคำตอบทั้งหมดนี้

ไม่ ฟังก์ชันจำนวนมากอย่าง e^(-x^2), sin(x)/x และ x^x ไม่มีปฏิยานุพันธ์ในรูปปิด ฟังก์ชันเหล่านี้ต้องหาค่าด้วยวิธีเชิงตัวเลขหรือแสดงในรูปฟังก์ชันพิเศษ

Related Solvers

Related Guides

Try AI-Math for Free

Get step-by-step solutions to any math problem. Upload a photo or type your question.

Start Solving