قائمة تكاملات الدوال الأسية

فيما يلي قائمة بتكاملات الدوال الأسية . للاطلاع على قائمة كاملة بالدوال التكاملية، يرجى مراجعة قائمة التكاملات .

التكامل غير المحدد

التكاملات غير المحددة هي دوال أصلية . يمكن إضافة ثابت ( ثابت التكامل ) إلى الطرف الأيمن من أي من هذه الصيغ، ولكن تم حذفه هنا اختصارًا.

تكاملات كثيرات الحدود

  • xهـجxدx=هـجx(جx-1ج2) ل ج0؛{\displaystyle \int xe^{cx}\,dx=e^{cx}\left({\frac {cx-1}{c^{2}}}\right)\qquad {\text{ for }}c\neq 0;}
  • x2هـجxدx=هـجx(x2ج-2xج2+2ج3){\displaystyle \int x^{2}e^{cx}\,dx=e^{cx}\left({\frac {x^{2}}{c}}-{\frac {2x}{c^{2}}}+{\frac {2}{c^{3}}}\right)}
  • xنهـجxدx=1جxنهـجx-نجxن-1هـجxدx=(ج)نهـجxج=هـجxأنا=0ن(-1)أنان!(ن-أنا)!جأنا+1xن-أنا=هـجxأنا=0ن(-1)ن-أنان!أنا!جن-أنا+1xأنا{\displaystyle {\begin{aligned}\int x^{n}e^{cx}\,dx&={\frac {1}{c}}x^{n}e^{cx}-{\frac {n}{c}}\int x^{n-1}e^{cx}\,dx\\&=\left({\frac {\partial }{\partial c}}\right)^{n}{\frac {e^{cx}}{c}}\\&=e^{cx}\sum _{i=0}^{n}(-1)^{i}{\frac {n!}{(n-i)!c^{i+1}}}x^{n-i}\\&=e^{cx}\sum _{i=0}^{n}(-1)^{n-i}{\frac {n!}{i!c^{n-i+1}}}x^{i}\end{aligned}}}
  • هـجxxدx=ln|x|+ن=1(جx)ننن!{\displaystyle \int {\frac {e^{cx}}{x}}\,dx=\ln |x|+\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {(cx)^{n}}{n\cdot n!}}}
  • هـجxxندx=1ن-1(-هـجxxن-1+جهـجxxن-1دx)(ل ن1){\displaystyle \int {\frac {e^{cx}}{x^{n}}}\,dx={\frac {1}{n-1}}\left(-{\frac {e^{cx}}{x^{n-1}}}+c\int {\frac {e^{cx}}{x^{n-1}}}\,dx\right)\qquad {\text{(for }}n\neq 1{\text{)}}}

التكاملات التي تتضمن الدوال الأسية فقط

  • و(x)هـو(x)دx=هـو(x){\displaystyle \int f'(x)e^{f(x)}\,dx=e^{f(x)}}
  • هـجxدx=1جهـجx{\displaystyle \int e^{cx}\,dx={\frac {1}{c}}e^{cx}}
  • أxدx=أxlnأ ل أ>0، أ1{\displaystyle \int a^{x}\,dx={\frac {a^{x}}{\ln a}}\qquad {\text{ for }}a>0,\ a\neq 1}

التكاملات التي تتضمن دالة الخطأ

في الصيغ التالية، erf هي دالة الخطأ و Ei هي التكامل الأسي .

  • هـجxlnxدx=1ج(هـجxln|x|-إي(جx)){\displaystyle \int e^{cx}\ln x\,dx={\frac {1}{c}}\left(e^{cx}\ln |x|-\operatorname {Ei} (cx)\right)}
  • xهـجx2دx=12جهـجx2{\displaystyle \int xe^{cx^{2}}\,dx={\frac {1}{2c}}e^{cx^{2}}}
  • هـ-جx2دx=π4جقطعة أرض(جx){\displaystyle \int e^{-cx^{2}}\,dx={\sqrt {\frac {\pi }{4c}}}\operatorname {erf} ({\sqrt {c}}x)}
  • xهـ-جx2دx=-12جهـ-جx2{\displaystyle \int xe^{-cx^{2}}\,dx=-{\frac {1}{2c}}e^{-cx^{2}}}
  • هـ-x2x2دx=-هـ-x2x-πقطعة أرض(x){\displaystyle \int {\frac {e^{-x^{2}}}{x^{2}}}\,dx=-{\frac {e^{-x^{2}}}{x}}-{\sqrt {\pi }}\operatorname {erf} (x)}
  • 1σ2πهـ-12(x-μσ)2دx=12قطعة أرض(x-μσ2){\displaystyle \int {{\frac {1}{\sigma {\sqrt {2\pi }}}}e^{-{\frac {1}{2}}\left({\frac {x-\mu }{\sigma }}\right)^{2}}}\,dx={\frac {1}{2}}\operatorname {erf} \left({\frac {x-\mu }{\sigma {\sqrt {2}}}}\right)}

تكاملات أخرى

  • هـx2دx=هـx2(ج=0ن-1ج2ج1x2ج+1)+(2ن-1)ج2ن-2هـx2x2ندxصالح لأي ن>0،{\displaystyle \int e^{x^{2}}\,dx=e^{x^{2}}\left(\sum _{j=0}^{n-1}c_{2j}{\frac {1}{x^{2j+1}}}\right)+(2n-1)c_{2n-2}\int {\frac {e^{x^{2}}}{x^{2n}}}\,dx\quad {\text{valid for any }}n>0,}

    أينج2ج=135(2ج-1)2ج+1=(2ج)!ج!22ج+1 .{\displaystyle c_{2j}={\frac {1\cdot 3\cdot 5\cdots (2j-1)}{2^{j+1}}}={\frac {(2j)!}{j!2^{2j+1}}}\ .}

(لاحظ أن قيمة التعبير مستقلة عن قيمة n ، ولهذا السبب لا تظهر في التكامل.)

  • xxxمدx=ن=0م(-1)ن(ن+1)ن-1ن!Γ(ن+1،-lnx)+ن=م+1(-1)نأمنΓ(ن+1،-lnx)(ل x>0){\displaystyle {\int \underbrace {x^{x^{\cdot ^{\cdot ^{x}}}}} _{m}dx=\sum _{n=0}^{m}{\frac {(-1)^{n}(n+1)^{n-1}}{n!}}\Gamma (n+1,-\ln x)+\sum _{n=m+1}^{\infty }(-1)^{n}a_{mn}\Gamma (n+1,-\ln x)\qquad {\text{(for }}x>0{\text{)}}}}

أينأمن={1لو ن=0،1ن!لو م=1،1نج=1نجأم،ن-جأم-1،ج-1خلاف ذلك{\displaystyle a_{mn}={\begin{cases}1&{\text{if }}n=0,\\\\{\dfrac {1}{n!}}&{\text{if }}m=1,\\\\{\dfrac {1}{n}}\sum _{j=1}^{n}ja_{m,n-j}a_{m-1,j-1}&{\text{otherwise}}\end{cases}}}

و Γ( x , y ) هي دالة غاما غير الكاملة العليا .

  • 1أهـλx+بدx=xب-1بλln(أهـλx+ب){\displaystyle \int {\frac {1}{ae^{\lambda x}+b}}\,dx={\frac {x}{b}}-{\frac {1}{b\lambda }}\ln \left(ae^{\lambda x}+b\right)}متىب0{\displaystyle b\neq 0}،λ0{\displaystyle \lambda \neq 0}، وأهـλx+ب>0.{\displaystyle ae^{\lambda x}+b>0.}
  • هـ2λxأهـλx+بدx=1أ2λ[أهـλx+ب-بln(أهـλx+ب)]{\displaystyle \int {\frac {e^{2\lambda x}}{ae^{\lambda x}+b}}\,dx={\frac {1}{a^{2}\lambda }}\left[ae^{\lambda x}+b-b\ln \left(ae^{\lambda x}+b\right)\right]} متىأ0{\displaystyle a\neq 0}،λ0{\displaystyle \lambda \neq 0}، وأهـλx+ب>0.{\displaystyle ae^{\lambda x}+b>0.}
  • أهـجx-1بهـجx-1دx=(أ-ب)سجل(1-بهـجx)بج+x.{\displaystyle \int {\frac {ae^{cx}-1}{be^{cx}-1}}\,dx={\frac {(a-b)\log(1-be^{cx})}{bc}}+x.}
  • هـx(و(x)+و(x))التشخيص=هـxو(x)+ج{\displaystyle \int {e^{x}\left(f\left(x\right)+f'\left(x\right)\right){\text{dx}}}=e^{x}f\left(x\right)+C}
  • هـx(و(x)-(-1)ندنو(x)دxن)دx=هـxك=1ن(-1)ك-1دك-1و(x)دxك-1+ج{\displaystyle \int {e^{x}\left(f\left(x\right)-\left(-1\right)^{n}{\frac {d^{n}f\left(x\right)}{dx^{n}}}\right)\,dx}=e^{x}\sum _{k=1}^{n}{\left(-1\right)^{k-1}{\frac {d^{k-1}f\left(x\right)}{dx^{k-1}}}}+C}
  • هـ-x(و(x)-دنو(x)دxن)دx=-هـ-xك=1ندك-1و(x)دxك-1+ج{\displaystyle \int {e^{-x}\left(f\left(x\right)-{\frac {d^{n}f\left(x\right)}{dx^{n}}}\right)\,dx}=-e^{-x}\sum _{k=1}^{n}{\frac {d^{k-1}f\left(x\right)}{dx^{k-1}}}+C}
  • هـأx((أ)نو(x)-(-1)ندنو(x)دxن)دx=هـأxك=1ن(أ)ن-ك(-1)ك-1دك-1و(x)دxك-1+ج{\displaystyle \int {e^{ax}\left(\left(a\right)^{n}f\left(x\right)-\left(-1\right)^{n}{\frac {d^{n}f\left(x\right)}{dx^{n}}}\right)\,dx}=e^{ax}\sum _{k=1}^{n}{\left(a\right)^{n-k}\left(-1\right)^{k-1}{\frac {d^{k-1}f\left(x\right)}{dx^{k-1}}}}+C}

التكاملات المحددة

  • 01هـxlnأ+(1-x)lnبدx=01(أب)xبدx=01أxب1-xدx=أ-بlnأ-lnبل أ>0، ب>0، أب{\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{1}e^{x\cdot \ln a+(1-x)\cdot \ln b}\,dx&=\int _{0}^{1}\left({\frac {a}{b}}\right)^{x}\cdot b\,dx\\&=\int _{0}^{1}a^{x}\cdot b^{1-x}\,dx\\&={\frac {a-b}{\ln a-\ln b}}\qquad {\text{for }}a>0,\ b>0,\ a\neq b\end{aligned}}}

التعبير الأخير هو المتوسط ​​اللوغاريتمي .

  • 0هـ-أxدx=1أ(يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-ax}\,dx={\frac {1}{a}}\quad (\operatorname {Re} (a)>0)}
  • 0هـ-أx2دx=12πأ(أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-ax^{2}}\,dx={\frac {1}{2}}{\sqrt {\pi \over a}}\quad (a>0)}( التكامل الغاوسي )
  • -هـ-أx2دx=πأ(أ>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{-ax^{2}}\,dx={\sqrt {\pi \over a}}\quad (a>0)}
  • -هـ-أx2هـ-بx2دx=πأهـ-2أب(أ،ب>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{-ax^{2}}e^{-{\frac {b}{x^{2}}}}\,dx={\sqrt {\frac {\pi }{a}}}e^{-2{\sqrt {ab}}}\quad (a,b>0)}
  • -هـ-(أx2+بx)دx=πأهـب24أ(أ>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{-(ax^{2}+bx)}\,dx={\sqrt {\pi \over a}}e^{\tfrac {b^{2}}{4a}}\quad (a>0)}(انظر تكامل دالة غاوسية )
  • -هـ-(أx2+بx+ج)دx=πأهـب24أ-ج(أ>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{-(ax^{2}+bx+c)}\,dx={\sqrt {\pi \over a}}e^{{\tfrac {b^{2}}{4a}}-c}\quad (a>0)}
  • -xهـ-أ(x-ب)2دx=بπأ(يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }xe^{-a(x-b)^{2}}\,dx=b{\sqrt {\frac {\pi }{a}}}\quad (\operatorname {Re} (a)>0)}
  • -xهـ-أx2+بxدx=πب2أ3/2هـب24أ(يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }xe^{-ax^{2}+bx}\,dx={\frac {{\sqrt {\pi }}b}{2a^{3/2}}}e^{\frac {b^{2}}{4a}}\quad (\operatorname {Re} (a)>0)}
  • -x2هـ-أx2دx=12πأ3(أ>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }x^{2}e^{-ax^{2}}\,dx={\frac {1}{2}}{\sqrt {\pi \over a^{3}}}\quad (a>0)}
  • -x2هـ-(أx2+بx)دx=π(2أ+ب2)4أ5/2هـب24أ(يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }x^{2}e^{-(ax^{2}+bx)}\,dx={\frac {{\sqrt {\pi }}(2a+b^{2})}{4a^{5/2}}}e^{\frac {b^{2}}{4a}}\quad (\operatorname {Re} (a)>0)}
  • -x3هـ-(أx2+بx)دx=π(6أ+ب2)ب8أ7/2هـب24أ(يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }x^{3}e^{-(ax^{2}+bx)}\,dx={\frac {{\sqrt {\pi }}(6a+b^{2})b}{8a^{7/2}}}e^{\frac {b^{2}}{4a}}\quad (\operatorname {Re} (a)>0)}
  • 0xنهـ-أx2دx={Γ(ن+12)2أن+12(ن>-1، أ>0)(2ك-1)!!2ك+1أكπأ(ن=2ك، ك عدد صحيح، أ>0)ك!2(أك+1)(ن=2ك+1، ك عدد صحيح، أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }x^{n}e^{-ax^{2}}\,dx={\begin{cases}{\dfrac {\Gamma \left({\frac {n+1}{2}}\right)}{2a^{\frac {n+1}{2}}}}&(n>-1,\ a>0)\\{\dfrac {(2k-1)!!}{2^{k+1}a^{k}}}{\sqrt {\dfrac {\pi }{a}}}&(n=2k,\ k{\text{ integer}},\ a>0)\\{\dfrac {k!}{2(a^{k+1})}}&(n=2k+1,\ k{\text{ integer}},\ a>0)\end{cases}}}

(المشغل)!!{\displaystyle !!} هو مضروب العدد المزدوج )

  • 0xنهـ-أxدx={Γ(ن+1)أن+1(ن>-1، يكرر(أ)>0)ن!أن+1(ن=0،1،2،...، يكرر(أ)>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }x^{n}e^{-ax}\,dx={\begin{cases}{\dfrac {\Gamma (n+1)}{a^{n+1}}}&(n>-1,\ \operatorname {Re} (a)>0)\\\\{\dfrac {n!}{a^{n+1}}}&(n=0,1,2,\ldots ,\ \operatorname {Re} (a)>0)\end{cases}}}
  • 01xنهـ-أxدx=ن!أن+1[1-هـ-أأنا=0نأأناأنا!]{\displaystyle \int _{0}^{1}x^{n}e^{-ax}\,dx={\frac {n!}{a^{n+1}}}\left[1-e^{-a}\sum _{i=0}^{n}{\frac {a^{i}}{i!}}\right]}
  • 0بxنهـ-أxدx=ن!أن+1[1-هـ-أبأنا=0ن(أب)أناأنا!]{\displaystyle \int _{0}^{b}x^{n}e^{-ax}\,dx={\frac {n!}{a^{n+1}}}\left[1-e^{-ab}\sum _{i=0}^{n}{\frac {(ab)^{i}}{i!}}\right]}
  • 0هـ-أxبدx=1ب أ-1بΓ(1ب){\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-ax^{b}}dx={\frac {1}{b}}\ a^{-{\frac {1}{b}}}\Gamma \left({\frac {1}{b}}\right)}
  • 0xنهـ-أxبدx=1ب أ-ن+1بΓ(ن+1ب){\displaystyle \int _{0}^{\infty }x^{n}e^{-ax^{b}}dx={\frac {1}{b}}\ a^{-{\frac {n+1}{b}}}\Gamma \left({\frac {n+1}{b}}\right)}
  • 0هـ-أxالخطيئةبxدx=بأ2+ب2(أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-ax}\sin bx\,dx={\frac {b}{a^{2}+b^{2}}}\quad (a>0)}
  • 0هـ-أxكوسبxدx=أأ2+ب2(أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-ax}\cos bx\,dx={\frac {a}{a^{2}+b^{2}}}\quad (a>0)}
  • 0xهـ-أxالخطيئةبxدx=2أب(أ2+ب2)2(أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }xe^{-ax}\sin bx\,dx={\frac {2ab}{(a^{2}+b^{2})^{2}}}\quad (a>0)}
  • 0xهـ-أxكوسبxدx=أ2-ب2(أ2+ب2)2(أ>0){\displaystyle \int _{0}^{\infty }xe^{-ax}\cos bx\,dx={\frac {a^{2}-b^{2}}{(a^{2}+b^{2})^{2}}}\quad (a>0)}
  • 0هـ-أxالخطيئةبxxدx=دالة الظل العكسيبأ{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-ax}\sin bx}{x}}\,dx=\arctan {\frac {b}{a}}}
  • 0هـ-أx-هـ-بxxدx=lnبأ{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-ax}-e^{-bx}}{x}}\,dx=\ln {\frac {b}{a}}}
  • 0هـ-أx-هـ-بxxالخطيئةصxدx=دالة الظل العكسيبص-دالة الظل العكسيأص{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-ax}-e^{-bx}}{x}}\sin px\,dx=\arctan {\frac {b}{p}}-\arctan {\frac {a}{p}}}
  • 0هـ-أx-هـ-بxxكوسصxدx=12lnب2+ص2أ2+ص2{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-ax}-e^{-bx}}{x}}\cos px\,dx={\frac {1}{2}}\ln {\frac {b^{2}+p^{2}}{a^{2}+p^{2}}}}
  • 0هـ-أx(1-كوسx)x2دx=أركوتأ-أ2ln(1أ2+1){\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {e^{-ax}(1-\cos x)}{x^{2}}}\,dx=\operatorname {arccot} a-{\frac {a}{2}}\ln {\Big (}{\frac {1}{a^{2}}}+1{\Big )}}
  • -هـأx4+بx3+جx2+دx+ودx=هـون،م،ص=0ب4ن(4ن)!ج2م(2م)!د4ص(4ص)!Γ(3ن+م+ص+14)أ3ن+م+ص+14{\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }e^{ax^{4}+bx^{3}+cx^{2}+dx+f}\,dx=e^{f}\sum _{n,m,p=0}^{\infty }{\frac {b^{4n}}{(4n)!}}{\frac {c^{2m}}{(2m)!}}{\frac {d^{4p}}{(4p)!}}{\frac {\Gamma (3n+m+p+{\frac {1}{4}})}{a^{3n+m+p+{\frac {1}{4}}}}}}(يظهر في العديد من نماذج نظرية الأوتار الفائقة الممتدة في الأبعاد الأعلى)
  • 02πهـxكوسθدθ=2πأنا0(x){\displaystyle \int _{0}^{2\pi }e^{x\cos \theta }d\theta =2\pi I_{0}(x)}( I 0 هي دالة بيسل المعدلة من النوع الأول)
  • 02πهـxكوسθ+yالخطيئةθدθ=2πأنا0(x2+y2){\displaystyle \int _{0}^{2\pi }e^{x\cos \theta +y\sin \theta }d\theta =2\pi I_{0}\left({\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\right)}
  • 0xs-1هـx/z-1دx=ليs(z)Γ(s)،{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {x^{s-1}}{e^{x}/z-1}}\,dx=\operatorname {Li} _{s}(z)\Gamma (s),}

أينليs(z){\displaystyle \operatorname {Li} _{s}(z)}هو متعدد اللوغاريتمات .

  • 0الخطيئةمxهـ2πx-1دx=14ملابسم2-12م{\displaystyle \int _{0}^{\infty }{\frac {\sin mx}{e^{2\pi x}-1}}\,dx={\frac {1}{4}}\coth {\frac {m}{2}}-{\frac {1}{2m}}}
  • 0هـ-xlnxدx=-γ،{\displaystyle \int _{0}^{\infty }e^{-x}\ln x\,dx=-\gamma ,}

أينγ{\displaystyle \gamma }هو ثابت أويلر-ماسكيروني الذي يساوي قيمة عدد من التكاملات المحددة.

وأخيراً، نتيجة معروفة، 02πهـأنا(م-ن)ϕدϕ=2πدلتام،نل م،نZ{\displaystyle \int _{0}^{2\pi }e^{i(m-n)\phi }d\phi =2\pi \delta _{m,n}\qquad {\text{for }}m,n\in \mathbb {Z} } أيندلتام،ن{\displaystyle \delta _{m,n}}هي دلتا كرونكر .

انظر أيضاً

مراجع

توييش براكاش شارما ، إيتيشا شارما ، "تقديم تعميم آخر لفئة التكاملات الأسية وتطبيقاتها"، المجلة الدولية للبحوث العلمية في العلوم الرياضية والإحصائية، المجلد 10، العدد 2، الصفحات 1-8، 2023.

للمزيد من القراءة