3.4 Integrace racionálních lomených funkcí

Teorii naleznete v kapitole 6.4 Multimediální encyklopedie nebo v kapitole 3.4 Breviáře.

Příklad 1

Vypočítejte .

Řešení

U tohoto typu příkladu vystačíme se substituční metodou.

-5x+6=t

-5dx=dt

dx=

Odtud: =. Tento integrál vypočteme pomocí programu Mathcad.

Na závěr dosadíme do výsledku substituci -5x+6=t.

Při práci s programem Mathcad obvykle vypočteme příklad přímo:

Příklad 2

Vypočítejte .

Řešení

Máme-li vypočíst integrál z podílu dvou polynomů, ve kterém je stupeň polynomu v čitateli větší nebo roven stupni polynomu ve jmenovateli, potom použijeme dělení polynomu polynomem. Pro dělení polynomu polynomem použijeme příkaz Parfrac, který rozloží zlomek na co nejmenší části (rozloží výraz na parciální zlomky).

Můžeme tedy psát (za použití věty o linearitě integrálu):

==.

Integrál vypočteme snadno,

integrál je zas obdobný Příkladu 1, vypočteme jej proto přímo.

Při práci s programem Mathcad můžeme vypočítat integrál přímo:

Příklad 3

Vypočítejte .

Řešení

V tomto případě nelze použít dělení polynomu polynomem, protože stupeň polynomu v čitateli je nižší než stupeň polynomu ve jmenovateli. Při výpočtu na papíře se provádí rozklad zlomku na parciální zlomky. V programu Mathcad použijeme pro rozklad na parciální zlomky opět příkaz Parfrac.

Nyní můžeme psát ==

. Výpočet zadaného interálu jsme převedli na výpočet dvou jednodušších integrálů, které se počítají substituční metodou obdobně jako v Příkladu 1.

Při práci s programem Mathcad ovšem dáme zpravidla přednost přímému výpočtu:

Příklad 4

Vypočítejte .

Řešení

Integrál vypadá zdánlivě velmi podoný jako v Příkladu 3. Ve skutečnosti ale diskriminant kvadratického trojčlenu ve jmenovateli je záporný a zlomek tak nejde rozložit na parciální zlomky. Proto nelze použít příkaz Parfrac.

Řešením bude doplnění kvadratického členu ve jmenovateli na úplný čtverec.

===.

Zvolíme substituci

=t

=dt

dx= dt

Nyní můžeme psát:

===. Tento integrál bychom měli znát zpaměti, můžeme jej ale i vypočítat programem Mathcad:

Ještě zbývá zpětné dosazení substituce:

Při práci s programem Mathcad ovšem není nutno napodobovat postup, který bychom použili při výpočtu integrálu pomocí tužky a papíru. Integrál můžeme zadat přímo a Mathcad provede veškeré úpravy za nás.