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模块 · 高等数学 · 分部积分

被积函数是"两种不同类型函数相乘"时——x·eˣ、x·sin x、x·ln x——凑微分搞不定,得上分部积分。公式 ∫u dv = uv − ∫v du,本质是乘积求导法则的逆用。选 u 是灵魂:选对了越积越简单,选错了越积越复杂。口诀"反对幂三指"帮你定 u。

① 本科第一课怎么学(衔接高中)

总用时约 70 分钟,4 步走,一步不跳。高中你已经见过极限的"ε-δ"影子,本科要把它从"直观"升级成"会算、会证、会用"。

1读(15min)
看③④:分部公式推导、选 u 的"反对幂三指"口诀。
2练(20min)
做⑤例题,练"先选 u 再 dv"。
3辨(15min)
看⑥:u、dv 选反、循环积分不解方程。
4测(20min)
做⑦真题和⑩练习。

本课小目标:学完你要能:① 默写分部公式;② 用"反对幂三指"正确选 u;③ 处理循环型积分(如 ∫eˣsin x)。

② 一图看懂全课(SVG 思维导图)

本模块知识地图
从根节点出发,五大分支覆盖定义、定理、算法、易错、考点。先有地图再走路。
分部积分法公式∫u dv=uv−∫v du乘积求导逆用选u口诀反三角对数幂函数三角/指数典型类型xⁿeˣxⁿlnxxⁿsinxeˣsinx循环积分∫eˣsinx两次分部移项解方程递推华里士In 递推动作:选 u(靠左)→ 配 dv → 套公式 → 剩余积分更简单

③ 先认识它:分部积分:把"难积的乘积"拆成"易积的差"

来历:乘积求导 (uv)′=u′v+uv′,两边积分得 uv = ∫u′v dx + ∫uv′ dx,移项就是 ∫u dv = uv − ∫v du。

为什么有用:∫x eˣ dx 直接积不了。但选 u=x(求导变 1),dv=eˣdx(v=eˣ),原式 = x eˣ − ∫eˣ dx = x eˣ − eˣ + C。u 求导后变简单,v 积分后不太难,这就是选 u 的标准。口诀"反对幂三指":排在前面的优先当 u(反三角→对数→幂→三角→指数)。

分部积分:选 u 的优先级反三角对数幂函数三/指越靠左越优先当 u(求导变简单)u = 反/对/幂,dv = 三/指 dx

④ 完整定理 / 公式体系表

被积函数选 u选 dv结果趋势
xⁿ eˣu=xⁿdv=eˣdxn 次分部后幂函数消失
xⁿ sin xu=xⁿdv=sin x dx幂函数降次
xⁿ ln xu=ln xdv=xⁿ dxln 求导变 1/x
xⁿ arctan xu=arctan xdv=xⁿ dx反三角求导有理化
eˣ sin x任选 udv=另一两次分部后移项解方程
分部积分公式∫ u dv = u·v − ∫ v du
口诀"反对幂三指":排在前面的当 u(反三角函数 → 对数 → 幂函数 → 三角函数 → 指数函数)。

⑤ 典型用法与例题(3 道递进)

例1(入门):求 ∫ x eˣ dx
u=x,dv=eˣdx。
① u=x,du=dx;dv=eˣdx,v=eˣ。
② ∫x eˣdx = x eˣ − ∫eˣ dx = x eˣ − eˣ + C。
例2(进阶):求 ∫ x ln x dx
u=ln x(对数优先),dv=x dx。
① u=ln x,du=dx/x;dv=x dx,v=x²/2。
② = (x²/2)ln x − ∫(x²/2)·(dx/x) = (x²/2)ln x − (1/2)∫x dx。
③ = (x²/2)ln x − x²/4 + C。
例3(考研难度):求 ∫ eˣ sin x dx
循环型,分部两次后移项。
① 第一次:u=sin x, dv=eˣdx → I = eˣsin x − ∫eˣcos x dx。
② 第二次:对 ∫eˣcos x dx,u=cos x, dv=eˣdx → = eˣcos x − ∫eˣ(−sin x)dx = eˣcos x + I。
③ 代入:I = eˣsin x − eˣcos x − I,移项 2I = eˣ(sin x−cos x)。
④ I = eˣ(sin x−cos x)/2 + C。

⑥ 高频错误诊断(5 条)

⚠ u、dv 选反

若把 x eˣ 选 u=eˣ、dv=x dx,分部后变成 eˣ·x²/2 − ∫x²/2·eˣdx,越积次数越高,死路。一定要让 u 求导后变简单。

⚠ 忘记 v 要加常数

v 是 dv 的一个原函数,取最简单的那个(常数取 0)即可,不用加任意常数。

⚠ 循环积分不把 I 移项

∫eˣsin x、∫eˣcos x 这类,分部两次会"回到自己",这时把 I 当未知数解方程,别忘了移项除以 2。

⚠ 定积分分部忘记代上下限

定积分分部:∫ₐᵇu dv = [uv]ₐᵇ − ∫ₐᵇv du,uv 要先代上下限求值。

⚠ 多次分部不列表

∫xⁿeˣdx 要分部 n 次,用表格法(u 逐次求导、dv 逐次积分)最快,别每次重写。

⑦ 考研 / 期末考点与真题演练(3 题)

题型怎么考应对
计算题两类函数乘积按口诀选 u
循环积分eˣ sin x / eˣ cos x两次分部移项
递推∫sinⁿx dx华里士公式

真题风格演练(紫色标签)

真题1(数一真题)求 ∫ x² cos x dx。
u=x²,dv=cos x dx:x²sin x−∫2x sin x dx;再分部 ∫x sin x=−x cos x+sin x。结果 x²sin x+2x cos x−2sin x+C。
真题2(数二真题)求 ∫₀¹ x e^(2x) dx。
分部:[x e^(2x)/2]₀¹ − ∫₀¹ e^(2x)/2 dx = e²/2 − [e^(2x)/4]₀¹ = e²/2 − (e²−1)/4 = (e²+1)/4。
真题3(数三真题)求 ∫ arctan x dx。
u=arctan x, dv=dx:x arctan x − ∫x/(1+x²)dx = x arctan x − (1/2)ln(1+x²)+C。

⑧ 必背公式 / 定理卡

每天晨读 3 张,3 天背到条件反射
卡1:∫u dv = uv − ∫v du
卡2:选 u 口诀:反 → 对 → 幂 → 三 → 指
卡3:∫x eˣdx = x eˣ−eˣ+C
卡4:∫x ln x dx = x²ln x/2 − x²/4+C
卡5:∫eˣsin x dx = eˣ(sin x−cos x)/2+C(循环)
卡6:定积分分部 [uv]ₐᵇ − ∫ₐᵇv du

⑨ 应用输出:建模 / 证明口述 / 实际应用

合上书本,大声说出来才算会
口述1:分部积分公式怎么从乘积求导推出来?
口述2:∫x eˣdx 为什么选 u=x 而不是 u=eˣ?
口述3:∫eˣsin x 怎么做到"积两次回到自己"然后解方程?
建模:分部积分对应物理上"先积谁",口述 ∫x eˣ 的能量意义。

实际应用场景:分部积分在概率统计里用来求期望 E[X]=∫x f(x)dx(如指数分布、正态分布期望推导);在微分方程里推导积分因子;在信号处理里算傅里叶变换的衰减项。循环积分 ∫eˣsin x 直接对应受迫振动稳态解。

⑩ 分层练习 18 题(基础 6 + 中档 6 + 拔高 6,含解析)

基础1∫x eˣ dx = ?
x eˣ−eˣ+C。
基础2∫x sin x dx = ?
u=x,dv=sinxdx:−x cos x+sin x+C。
基础3∫ln x dx = ?
x ln x−x+C。
基础4选 u 口诀"反对幂三指"中,谁优先当 u?
反三角/对数。
基础5∫u dv 公式?
uv−∫v du。
基础6∫x·e^(−x) dx = ?
−x e^(−x)−e^(−x)+C。
中档7∫x² eˣ dx = ?
两次分部:eˣ(x²−2x+2)+C。
中档8∫x cos 2x dx = ?
(x/2)sin2x+(1/4)cos2x+C。
中档9∫ arctan x dx = ?
x arctan x−(1/2)ln(1+x²)+C。
中档10∫ ln²x dx = ?
x ln²x−2x ln x+2x+C。
中档11∫₀¹ x eˣ dx = ?
[x eˣ]₀¹−[eˣ]₀¹ = e−(e−1)=1。
中档12循环积分 ∫eˣcos x 结果?
eˣ(sin x+cos x)/2+C。
拔高13∫ e^(√x) dx。
令 t=√x,dx=2t dt:2∫t eᵗdt=2eᵗ(t−1)+C=2e^(√x)(√x−1)+C。
拔高14∫₀^(π/2) x² cos x dx。
两次分部:[x²sinx+2x cosx−2sinx]₀^(π/2)=π²/4−2。
拔高15∫ sec³x dx。
分部+自身方程:(1/2)(sec x tan x+ln|sec x+tan x|)+C。
拔高16∫ x² ln(1+x) dx。
u=ln(1+x):x³ln(1+x)/3−∫x³/(3(1+x))dx,化简得 x³ln(1+x)/3−x²/6+x/3−ln(1+x)/3+C。
拔高17已知 f(x) 的一个原函数为 sin x/x,求 ∫x f′(x)dx。
分部:x f(x)−∫f dx = x·(x cos x−sin x)/x² − sin x/x + C = cos x−2sin x/x+C。
拔高18推导华里士公式 ∫₀^(π/2) sinⁿx dx 递推。
分部得 Iₙ=(n−1)/n·Iₙ₋₂,I₀=π/2, I₁=1。

⑪ 记忆口诀与 7 天复习计划

三句话口诀

① 分部积分 u dv,乘积求导反过来;uv 减去 v du,越积越简是目的。

② 反对幂三指,靠左选 u;对数反三角,求导变有理。

③ 循环积分积两次,移项除二才收尾;定积分部代上下,uv 先算再相减。

7 天复习计划

天任务自检标准
第1天背分部公式 + 选 u 口诀默写全对
第2天做⑤例题 + ⑩基础1-6基础全对
第3天⑩中档7-12 + ⑦真题每题先说选谁当 u
第4天看⑥选反陷阱 + 重做错题能解释为什么
第5天⑩拔高13-16循环积分熟练
第6天拔高17-18 + 即时自测自测≥5/6
第7天晨读必背卡 + 3 道新积分不翻书做对

即时自测(点击选项即时判断)

共 6 题,覆盖本页核心。

分部积分公式是?

解析:乘积求导逆用:∫u dv=uv−∫v du。

∫x ln x dx 应选 u=?

解析:对数优先于幂函数,u=ln x,dv=x dx。

∫x eˣ dx = ?

解析:分部:u=x, dv=eˣdx,得 x eˣ−∫eˣdx=x eˣ−eˣ+C。

∫eˣsin x dx 用分部积分会?

解析:两次分部回到自身,移项 2I=eˣ(sin x−cos x)。

"反对幂三指"口诀中,排在最前面最优先当 u 的是?

解析:反三角→对数→幂→三→指,反三角最优先。

定积分 ∫ₐᵇu dv = ?

解析:uv 要代上下限 [uv]ₐᵇ,再减 ∫ₐᵇv du。