不定積分法(DSE M2):代換法、分部積分法及三角代換

不定積分是求導的逆運算:∫ f(x) dx = F(x) + C,其中 F′(x) = f(x)。除基本公式外,DSE M2 還要求三種技巧:代換法、分部積分法 ∫ u dv = uv − ∫ v du(最多使用兩次),以及三角代換。

用 AI 逐步解不定積分法題目
例題 1 的曲線族 y = x² − x + C。每個 C 值給出一條斜率同為 2x − 1 的曲線;只有 C = 3 的一條通過 (1, 3)。 自己試試 →

積分公式(DSE M2)

冪函數∫ xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C (n ≠ −1)
倒數∫ (1/x) dx = ln|x| + C
指數函數∫ eˣ dx = eˣ + C
三角函數∫ sin x dx = −cos x + C, ∫ cos x dx = sin x + C, ∫ sec² x dx = tan x + C
分部積分法∫ u dv = uv − ∫ v du
√(a² − x²) 或 1/√(a² − x²)設 x = a sin θ
1/(x² + a²)設 x = a tan θ

不定積分法例題詳解

例題 1:由斜率求曲線方程

某曲線在任意點 (x, y) 的斜率為 2x − 1,且曲線通過 (1, 3)。求該曲線的方程。

  1. dy/dx = 2x − 1
  2. y = ∫ (2x − 1) dx = x² − x + C
  3. 代入 (1, 3):3 = 1 − 1 + C,所以 C = 3

答案: y = x² − x + 3

例題 2:分部積分法

求 ∫ x e²ˣ dx。

  1. 設 u = x、dv = e²ˣ dx,則 du = dx、v = ½e²ˣ
  2. ∫ x e²ˣ dx = ½x e²ˣ − ∫ ½e²ˣ dx
  3. = ½x e²ˣ − ¼e²ˣ + C

答案: ½x e²ˣ − ¼e²ˣ + C

例題 3:三角代換

求 ∫ 1/(x² + 4) dx。

  1. 設 x = 2 tan θ,則 dx = 2 sec² θ dθ,x² + 4 = 4 sec² θ
  2. ∫ (2 sec² θ) / (4 sec² θ) dθ = ∫ ½ dθ = ½θ + C
  3. θ = tan⁻¹(x/2)

答案: ½ tan⁻¹(x/2) + C

💡 應試陷阱與秘訣 (DSE 奪星陷阱)

⚠️ 漏寫 + C每個不定積分都要加積分常數。這是 M2 微積分中最常見的失分位,而且它是有作用的:當曲線通過已知點時,要解的正是這個常數。
⚠️ 代換時 dx 也要換設 u = g(x) 後,必須用 du = g′(x) dx 把 dx 換掉,而最後答案要以 x 表示。同一個積分內混有 x 和 u 並不是正確的步驟。

✏️ 自我測試:互動練習

溫習方法:點擊以下任何題目,即時在坐標網格載入並核對計算步驟。

(分部積分法)求 ∫ x cos x dx。
(代換法)求 ∫ x √(x² + 1) dx。
(三角代換)用三角代換求 ∫ 1/√(9 − x²) dx。

常見問題

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