積分學
分部積分法(integration by parts)
分部積分法是用來對兩樣毫不相干的東西之乘積求積分的技巧——比如 x 乘 e^x,或 x 乘 sin(x)——這種情形裡換元幫不上忙。你不去硬碰整個乘積,而是把它換成另一個、通常更容易的積分。這是一筆交易:你放棄那個難積分,換來一個簡單的邊界項加上一個更友好、便於收尾的積分。
它就是乘積法則的逆運算。乘積法則說,u*v 的導數是 u'v + uv';重排並積分後得到公式 integral u dv = uv - integral v du。你把被積函數分成一部分叫 u(你將對它求導)和一部分叫 dv(你將對它積分),再代入公式。對 integral x e^x dx,取 u = x,dv = e^x dx;則 du = dx,v = e^x,於是結果是 x e^x - integral e^x dx = x e^x - e^x + C。
全部訣竅在於把 u 和 dv 選得好:你希望新的積分 integral v du 比一開始的更簡單。一條常用的經驗法則是 LIATE——按對數、反三角、代數、三角、指數這個次序,優先把排在前面的那個因子選作 u——因為那個因子求導後往往會變簡單。糟糕的選法只會塞給你一個更難的積分,所以如果新積分看上去更糟,就把兩者的選擇對調,再試一次。
integral u dv = uv - integral v du
逆用乘積法則,把一個積分換成一個邊界項加上一個更易算的積分。
LIATE 是個有用的經驗法則,而非定律——有些積分需要不同的分法、反覆分部,或巧妙地繞回原積分,所以把它當作起手的猜測就好。
又稱
另見