我们知道在实数范围内,方程
x2=−1
是无解的,因为没有一个实数的平方等于-1. 由于解方程的需要,人们引进一个新数i,称为虚数单位,并规定
i2=−1,
从而 i 是方程 x2=−1 的一个根.
对于任意两个实数 x,y ,我们称 z=x+yi 为复数,其中 x,y 分别称为 z 的实部和虚部,记作
x=Re(z),y=Im(z).
当 x=0,y=0 时, z=iy 称为纯虚数;当 y=0 时, z=x+0i ,我们把它看作是实数 x .
两个复数相等,必须且只需它们的实部和虚部分别相等.一个复数z等于0,必须且只需它的实部和虚部同时等于0.
两个复数 z1=x1+iy1,z2=x2+iy2 的加法、减法及乘法定义如下:
(x1+iy1)±(x2+iy2)=(x1±x2)+i(y1±y2),
(x1+iy1)(x2+iy2)=(x1x2−y1y2)+i(x2y1+x1y2),
并分别称以上两式右端的复数为 z1 与 z2 的和、差与积.
我们又称满足
z2z=z1(z2=0)
的复数 z=x+iy 为 z1 除以 z2 的商,记作 z=z2z1 ,从这个定义立即可推得
z=z2z1=x22+y22x1x2+y1y2+ix22+y22x2y1−x1y2.
不难证明,与实数的情形一样,复数的运算也满足交换律、结合律和分配律
z1+z2=z2+z1,z1z2=z2z1,
z1+(z2+z3)=(z1+z2)+z3,z1(z2z3)=(z1z2)z3,−z1(z2+z3)=z1z2+z1z3.
我们把实部相同而虚部绝对值相等符号相反的两个复数称为共轭复数,与 z 共轭的复数记为 zˉ 。如果 z=x+iy ,那么 zˉ=x−iy 。共轭复数有如下性质:
-
z1±z2=z1±z2 , z1z2=z1z2 , (z2z1)=z2z1 .
-
zzˉ=[Re(z)]2+[Im(z)]2 .
-
z+zˉ=2Re(z) , z−zˉ=2iIm(z) .
- 代数表示式
z=x+iy.
- 三角表示式
z=r(cosθ+isinθ).
图5.1
- 指数表示式
z=reiθ.
- Euler 公式
eiθ=cosθ+isinθ,
由此可得
cosθ=21(eiθ+e−iθ),sinθ=2i1(eiθ−e−iθ).
1.∫(a+bx)ndx={b(n+1)(a+bx)n+1+C,b1ln∣a+bx∣+C,当n=−1,当n=−1.
-
∫a+bxxdx=bx−b2aln∣a+bx∣+C.
-
∫a+bxx2dx=b31[21(a+bx)2−2a(a+bx)+a2ln∣a+bx∣]+C.
∫(a+bx)2xdx=b21(a+bxa+ln∣a+bx∣)+C.
∫(a+bx)2x2dx=b2x−b3(a+bx)a2−b32aln∣a+bx∣+C.
-
∫x(a+bx)dx=a1lna+bxx+C.
-
∫x2(a+bx)dx=−ax1+a2blnxa+bx+C.
∫x(a+bx)2dx=a(a+bx)1−a21lnxa+bx+C.
-
∫xa+bxdx=15b22(3bx−2a)(a+bx)3/2+C.
-
∫x2a+bxdx=105b32(15b2x2−12abx+8a2)(a+bx)3/2+C.
-
∫a+bxxdx=3b22(bx−2a)a+bx+C.
-
∫a+bxx2dx=15b32(3b2x2−4abx+8a2)a+bx+C.
-
∫xa+bxdx=⎩⎨⎧a1lna+bx+a∣a+bx−a∣+C,−a2arctan−aa+bx+C,当a>0,当a<0.
∫x2a+bxdx=−axa+bx−2ab∫xa+bxdx.
∫xa+bxdx=2a+bx+a∫xa+bxdx.
- ∫x2a+bxdx=−xa+bx+2b∫xa+bxdx.
-
∫(a2+x2)ndx={a1arctanax+C,2(n−1)a2(a2+x2)n−1x+2(n−1)a22n−3∫(a2+x2)n−1dx,当 n=1,当 n>1.
-
∫(a2+x2)nxdx={21ln(a2+x2)+C,−2(n−1)(a2+x2)n−11+C,当 n=1,当 n>1.
-
∫a2−x2dx=2a1lna−xa+x+C.
-
∫a2−x2dx=2xa2−x2+2a2arcsinax+C.
-
∫xa2−x2dx=−31(a2−x2)3/2+C.
-
∫x2a2−x2dx=8x(2x2−a2)a2−x2+8a4arcsinax+C.
-
∫a2−x2dx=arcsinax+C.
-
∫a2−x2xdx=−a2−x2+C.
-
∫a2−x2x2dx=−2xa2−x2+2a2arcsinax+C.
∫(a2−x2)3/2dx=8x(5a2−2x2)a2−x2+83a4arcsinax+C.
-
∫(a2−x2)3/2dx=a2a2−x2x+C.
-
∫(a2−x2)3/2xdx=a2−x21+C.
-
∫(a2−x2)3/2x2dx=a2−x2x−arcsinax+C.
∫xa2−x2dx=a1lnxa−a2−x2+C.
- ∫x2a2−x2dx=−a2xa2−x2+C.
∫x3a2−x2dx=−2a2x2a2−x2−2a31lnxa+a2−x2+C.
-
∫xa2−x2dx=a2−x2−alnxa+a2−x2+C.
-
∫x2a2−x2dx=−xa2−x2−arcsinax+C.
-
∫x2±a2dx=2xx2±a2±2a2ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫xx2±a2dx=31(x2±a2)3/2+C.
-
∫x2x2±a2dx=8x(2x2±a2)x2±a2−8a4ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫x2±a2dx=ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫x2±a2xdx=x2±a2+C.
-
∫x2±a2x2dx=2xx2±a2∓2a2ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫(x2±a2)3/2dx=8x(2x2±5a2)x2±a2+83a4ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫(x2±a2)3/2dx=±a2x2±a2x+C.
-
∫(x2±a2)3/2xdx=−x2±a21+C.
-
∫(x2±a2)3/2x2dx=−x2±a2x+ln∣x+x2±a2∣+C.
-
∫x2x2±a2dx=∓a2xx2±a2+C.
-
∫x3x2+a2dx=−2a2x2x2+a2+2a31ln∣x∣a+x2+a2+C.
-
∫x3x2−a2dx=2a2x2x2−a2+2a31arccosxa+C.
-
∫xx2+a2dx=x2+a2−aln∣x∣a+x2+a2+C.
-
∫xx2−a2dx=x2−a2−aarccos∣x∣a+C.
-
∫x2x2±a2dx=−xx2±a2+ln∣x+x2±a2∣+C.
∫xx2+a2dx=a1lna+x2+a2∣x∣+C.
∫xx2−a2dx=a1arccos∣x∣a+C.
53.∫a+bx+cx2dx={4ac−b22arctan4ac−b22cx+b+C,b2−4ac1lnb2−4ac+b+2cxb2−4ac−b−2cx+C,当b2<4ac,当b2>4ac.
54.∫a+bx+cx2dx={c1ln∣2cx+b+2c(a+bx+cx2)∣+C,−−c1arcsinb2−4ac2cx+b+C,当c>0,当c<0,b2>4ac.
∫a+bx+cx2dx=4c2cx+ba+bx+cx2+8a4ac−b2∫a+bx+cx2dx.
∫a+bx+cx2xdx=c1a+bx+cx2−2cb∫a+bx+cx2dx.
∫sin2axdx=2a1(ax−sinaxcosax)+C.
∫cos2axdx=2a1(ax+sinaxcosax)+C.
∫sinnxdx=−n1sinn−1xcosx+nn−1∫sinn−2xdx.
∫cosnxdx=n1cosn−1xsinx+nn−1∫cosn−2xdx.
-
∫tanxdx=−ln∣cosx∣+C.
-
∫cotxdx=ln∣sinx∣+C.
-
∫tannxdx=n−1tann−1x−∫tann−2xdx.
-
∫cotnxdx=−n−1cotn−1x−∫cotn−2xdx.
-
∫secxdx=ln∣secx+tanx∣+C.
-
∫cscxdx=−ln∣cscx+cotx∣+C.
-
∫secnxdx=n−1tanxsecn−2x+n−1n−2∫secn−2xdx.
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∫cscnxdx=−n−1cotxcscn−2x+n−1n−2∫cscn−2xdx.
-
∫secxtanxdx=secx+C.
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∫cscxcotxdx=−cscx+C.
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∫sinaxsinbxdx=−2(a+b)sin(a+b)x+2(a−b)sin(a−b)x+C.
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∫sinaxcosbxdx=−2(a+b)cos(a+b)x−2(a−b)cos(a−b)x+C.
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∫cosaxcosbxdx=2(a+b)sin(a+b)x+2(a−b)sin(a−b)x+C.
∫sinmxcosnxdx=m+nsinm+1xcosn−1x+m+nn−1∫sinmxcosn−2xdx=−m+nsinm−1xcosn+1x+m+nm−1∫sinm−2xcosnxdx.
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∫a+bcosxdx=⎩⎨⎧a2−b22arctan(a+ba−btan2x)+C,b2−a21lna+bcosxb+acosx+b2−a2sinx+C,当a2>b2,当a2<b2.
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∫xexdx=ex(x−1)+C.
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∫xnexdx=xnex−n∫xn−1exdx.
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∫lnxdx=x(lnx−1)+C.
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∫xnlnxdx=(n+1)2xn+1[(n+1)lnx−1]+C.
∫xsinxdx=sinx−xcosx+C.
∫xcosxdx=cosx+xsinx+C.
∫xnsinxdx=−xncosx+n∫xn−1cosxdx.
∫xncosxdx=xnsinx−n∫xn−1sinxdx.
84.∫eaxsinbxdx=a2+b2eax(asinbx−bcosbx)+C.
85.∫eaxcosbxdx=a2+b2eax(acosbx+bsinbx)+C.
∫arcsinxdx=xarcsinx+1−x2+C.
∫arctanxdx=xarctanx−21ln(1+x2)+C.
∫xnarcsinxdx=n+11(xn+1arcsinx−∫1−x2xn+1dx).
- ∫xnarctanxdx=n+11(xn+1arctanx−∫1+x2xn+1dx).