Jak Začít?

Máš v počítači zápisky z přednášek
nebo jiné materiály ze školy?

Nahraj je na studentino.cz a získej
4 Kč za každý materiál
a 50 Kč za registraci!




Matematická analýza - skripta

PDF
Stáhnout kompletní materiál zdarma (1.69 MB)

Níže je uveden pouze náhled materiálu. Kliknutím na tlačítko 'Stáhnout soubor' stáhnete kompletní formátovaný materiál ve formátu PDF.

.

Odtud

cos

2 x =

1

1 + t2

a

sin

2 x = 1 − cos2 x = 1 −

1

1 + t2

=

t2

1 + t2

.

Po přepisu x = arctan t máme ještě

dx

dt

=

1

1 + t2

.

Příklad 4.3.12. Substituci t = tan x lze užít například na

R

sin

3 x cos x

cos4 x+sin2 x dx. Po

substituci dostáváme

Z

t3

(1 + t2)(1 + t2 + t4)

dt,

což umíme řešit (i když to dá trochu práce).

Poslední substitucí je t = tan

x

2 . Zde dokážeme přímo nahradit sinus i kosinus.

Při odvozování odpovídajících vzorců je opět výhodné začít výrazem 1 + t2. Máme

1 + t

2 = 1 +

sin

2 x

2

cos2

x

2

=

cos2

x

2 + sin

2 x

2

cos2

x

2

=

1

cos2

x

2

.

Nyní již stačí jen použít součtové vzorce

sin x = 2 sin

x

2 cos

x

2 = tan

x

2 cos

2 x

2 =

t

1 + t2

a

cos x = cos

2 x

2 − sin

2 x

2 = 2 cos

2 x

2 − 1 =

2

1 + t2

− 1 =

1 − t2

1 + t2

.

Konečně, podobně jako výše, x = 2 arctan t, tedy

dx

dt

=

2

1 + t2

.

4.3. SUBSTITUCE NA RACIONÁLNÍ LOMENÉ FUNKCE

129

Poznámka 4.3.13. (i) Čtenář se možná ptá, proč jsme nehovořili o substitucích
t = cot x a t = cot

x

2 . Snadno se dá rozmyslet, že tyto substituce mají velice

podobný efekt jako t = tan x a t = tan

x

2 .

(ii) Substituce t = tan x a t = tan

x

2 zpravidla vedou na lepení.

V následujícím příkladu budeme zkoumat efektivitu jednotlivých substitucí.

Příklad 4.3.14. Uvažme

R

sin x cos x

3+cos2 x dx. Snadno se nahlédne, že je možné použít

všechny čtyři substituce. Začněme substitucí t = sin x

Z

sin x

3 + cos2 x

cos x dx

1.s.m.

=

Z

t

4 − t2

dt =

Z

A

t + 2

+

B

t − 2

dt

=

Z

− 1

2

t + 2

+

− 1

2

t − 2

dt = −

1

2

log |(t + 2)(t − 2)| + C

= −

1

2

log(4 − sin

2 x) + C pro x ∈ R.

Nyní použijeme t = cos x

Z

cos x

3 + cos2 x

sin x dx

1.s.m.

=

Z

t

3 + t2

dt = −

1

2

log(3 + t

2) + C

= −

1

2

log(3 + cos

2 x) + C pro x ∈ R.

Druhá substituce vedla na o něco jednodušší postup. Nicméně se nedá očekávat,
že by to mělo být pravidlem.

Uvažme t = tan x. Na intervalech typu (−

π

2 + kπ,

π

2 + kπ), k ∈ Z, dostáváme

Z

tan x cos4 x

3 + cos2 x

1

cos2 x

dx

1.s.m.

=

Z

t

(1+t2)2

3 +

1

1+t2

dt

=

Z

t

(4 + 3t2)(1 + t2)

dt =

Z

At + B

4 + 3t2

+

Ct + D

1 + t2

dt

=

Z

t

1 + t2

3t

4 + 3t2

dt =

1

2

log

1 + t2

4 + 3t2

+ C

=

1

2

log

1 + tan2 x

4 + 3 tan2 x

+ C.

Poslední výraz si před lepením zjednodušíme

1

2

log

1 + tan2 x

4 + 3 tan2 x

+ C =

1

2

log

1

3 + cos2 x

+ C.

V tomto případě jsme dokonce dostali spojitou funkci a tím se lepení vyřešilo
samo. Substituce t = tan x má oproti předchozím nevýhodu v nutnosti použití
lepení. Nedává však o mnoho složitější zápis. Například vyjádření sin

2 x = t

2

1+t2

možná na první pohled působí složitějším dojmem, než je vyjádření v případě
sinové substituce. Uvědomme si však, že se zde jedná o vyjádření druhé mocniny

130

KAPITOLA 4. PRIMITIVNÍ FUNKCE

goniometrické funkce a navíc se činitel

1

1+t2

vyskytuje ve všech vyjádřeních, a

proto se nakonec do značné míry vykrátí.

Přistoupíme nyní k poslední substituci t = tan

Témata, do kterých materiál patří