定理已证明
分部积分法
命题陈述
若 u=u(x) 与 v=v(x) 在区间 K 上可导,则 ∫udv=uv−∫vdu,即 ∫u(x)v′(x)dx=u(x)v(x)−∫u′(x)v(x)dx。
为什么成立?
分部积分是把乘积求导法则反过来用:它并不消去积分号,而是把导数从一个因子(v)转移到另一个因子(u)上,当 u 求导后变得更简单(例如 u=x 变成 u′=1)而 v′ 仍容易求原函数时,这正是恰当的一步——从而把像 ∫xexdx 这样困难的乘积变得容易。
证明思路
由乘积法则,(uv)′=u′v+uv′。整理得 uv′=(uv)′−u′v。
对两边(在 K 上,关于 x)取原函数。右边 (uv)′ 显然以 uv 本身为一个原函数(由唯一性定理,相差一个常数),所以 ∫uv′dx=∫(uv)′dx−∫u′vdx=uv−∫u′vdx。
记 dv=v′(x)dx、du=u′(x)dx,就得到简洁易记的形式 ∫udv=uv−∫vdu。实际操作中,选一个因子作为 u(用于求导),其余部分作为 dv(用于求原函数),通常优先对求导后会变简单的因子(多项式、对数)求导,而对仍易于求原函数的因子(ex、sinx、cosx)积分。