المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الرياضيات البحتة — الصف الثالث الثانوي

نص الدرس

طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته

الرياضيات البحتة — الصف الثالث الثانوي

طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته

التكامل بالتعويض

التكامل بالتعويض

  • التكامل بالتعويض عكس قاعدة السلسلة في الاشتقاق.
  • نستخدمه عندما يكون التكامل على صورة دالة مركبة مضروبة في مشتقة الدالة الداخلية، أو يمكن تغيير المتغير ليصبح التكامل أبسط.
  • إذا وضعنا u = g(س) فإن du = g′(س) د س، ويصبح التكامل:
  • ∫ f(g(س)) g′(س) د س = ∫ f(u) du
  • نختار u مساوياً للدالة الداخلية، غالباً ما يكون أساس قوة أو داخل دالة مثلثية أو لوغاريتمية.
  • نوجد du بالاشتقاق، ونكتب بدلالة du الجزء الباقي من التكامل.
  • نكامل بالنسبة لـ u، ثم نعيد المتغير الأصلي س في الإجابة.
  • وعند التكامل المحدد بالتعويض يمكن تغيير حدي التكامل إلى قيم u المناسبة، فلا حاجة لإعادة المتغير الأصلي.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 1 / 9
التكامل بالأجزاء

التكامل بالأجزاء

  • يُستخدم التكامل بالأجزاء عندما يكون التكامل حاصل ضرب دالتين مختلفتين في النوع، مثل كثير حدود مضروباً في دالة مثلثية، أو كثير حدود مضروباً في لوغاريتم.
  • ∫ u dv = u v − ∫ v du

اختيار u و dv

  • نختار u هي الدالة التي تصبح أبسط عند الاشتقاق، ونختار dv الجزء الذي يمكن تكامله بسهولة.
  • ويساعد في ذلك ترتيب الأنواع: اللوغاريتمية، ثم الجبرية، ثم المثلثية، ثم الأسية، فالدالة الأسبق في هذا الترتيب تكون عادة u.
  • وفي بعض الحالات قد نحتاج إلى تكرار التكامل بالأجزاء أكثر من مرة، كما في حالات كثير حدود مرفوع لأس كبير، لكن الهدف في كل مرة أن يقل أس كثير الحدود.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 2 / 9
التكامل بالكسور الجزئية

التكامل بالكسور الجزئية

  • إذا كانت الدالة النسبية P(س) ÷ Q(س) كسراً فعلياً، أي أن درجة البسط أقل من درجة المقام، ويمكن تحليل المقام إلى عوامل خطية مختلفة، فإننا نكتب الكسر على صورة مجموع كسور جزئية بسيطة:
  • 1 ÷ ((س − أ)(س − ب)) = ك1 ÷ (س − أ) + ك2 ÷ (س − ب)
  • ثم نوجد الثوابت ك1 و ك2 بالتعويض عن س بالجذور أ و ب في العلاقة الناتجة عن ضرب الطرفين في المقام.
  • وبعد ذلك نكامل كل كسر منفرداً، لأن ∫ 1 ÷ (س − أ) د س = لو |س − أ| + ث.
  • يجب أن تكون درجة البسط أقل من درجة المقام، فإذا لم تكن كذلك نقوم أولاً بالقسمة المطولة.
  • يجب تحليل المقام إلى عوامل، وفي حالة العامل المكرر نكتب كل قوة منه بكسر مستقل.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 3 / 9
التكامل المحدد وخواصه

التكامل المحدد وخواصه

  1. إذا كانت f متصلة على الفترة [أ
  2. ب] وكانت F دالة أصلية لها
  3. فإن:

∫أب f(س) د س = F(ب) − F(أ)

  • وهذه هي نظرية التفاضل والتكامل الأساسية، ويُرمز لـ F(ب) − F(أ) بالرمز [F(س)]أب.
  • ∫أأ f(س) د س = 0.
  • ∫أب f(س) د س = − ∫بأ f(س) د س، أي أن عكس حدي التكامل يغير الإشارة.
  • ∫أج f(س) د س = ∫أب f(س) د س + ∫بج f(س) د س.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 4 / 9
المساحة المحصورة بين منحنيين

المساحة المحصورة بين منحنيين

  • إذا كانت f و g متصلتين على الفترة [أ، ب] وكانت f(س) ≥ g(س) لكل س في هذه الفترة، فإن المساحة المحصورة بين المنحنيين والمستقيمين س = أ و س = ب تُعطى بالعلاقة:
  • المساحة = ∫أب [f(س) − g(س)] د س
  • نرسم المنحنيين إن أمكن، ونحدد نقاط تقاطعهما لإيجاد حدي التكامل.
  • نحدد المنحنى الذي يقع فوق الآخر في الفترة المطلوبة.
  • نطرح الدالة السفلى من العليا ونكامل الناتج.
  • وإذا تغير الترتيب بين المنحنيين داخل الفترة فيجب تقسيمها إلى فترات جزئية، ثم نجمع المساحات الجزئية بالقيمة المطلقة.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 5 / 9
حجوم الأجسام الدورانية

حجوم الأجسام الدورانية

  1. عند دوران المنطقة المحصورة بين منحنى الدالة f والمحور السيني في الفترة [أ
  2. ب] دورة كاملة حول المحور السيني
  3. ينشأ جسم دوراني حجمه:
مخرطة تدير منحنى ص = جذر س لتكوين مزهرية تمثل طرق التكامل والتكامل المحدد وحجوم الدوران: الحجم 8 ط.
مخرطة تدير منحنى ص = جذر س لتكوين مزهرية تمثل طرق التكامل والتكامل المحدد وحجوم الدوران: الحجم 8 ط.

الحجم = π ∫أب [f(س)]2 د س

  • وهذه الطريقة تسمى طريقة القرص، لأن الجسم يُقسم إلى أقراص رقيقة نصف قطر كل منها f(س)، وحجم القرص π[f(س)]2 في سمك صغير.
  • وإذا دار المنحنى حول المحور الصادي فإن القانون نفسه يُطبق بعد التعبير عن س بدلالة ص، مع تغيير حدود التكامل وفق قيم ص.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 6 / 9
أمثلة محلولة

أمثلة محلولة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
المثال الأول: التكامل بالتعويض.أوجد ∫ 2س (س2 + 1)4 د سأوجد
الحل
  • نضع u = س2 + 1
  • فيكون du = 2س د س. يصبح التكامل ∫ u4 du = u5 ÷ 5 + ث. وبالتعويض مرة أخرى نجد (س2 + 1)5 ÷ 5 + ث
فيكونيصبحالتكاملوبالتعويض
التحققمشتقة (س2 + 1)5 ÷ 5 هي 5(س2 + 1)4 × 2س ÷ 5 = 2س(س2 + 1)4مشتقة
المثال الثاني: التكامل بالأجزاء.أوجد ∫ س جتا س د سأوجد
الحل
  • نختار u = س و dv = جتا س د س
  • فيكون du = د س و v = جا س. إذن
نختارفيكون
•∫ س جتا س د س = س جا س − ∫ جا س د س = س جا س + جتا س + ث
التحققمشتقة س جا س + جتا س هي جا س + س جتا س − جا س = س جتا سمشتقة
المثال الثالث: التكامل بالأجزاء مع اللوغاريتم.
  • أوجد ∫ س لو س د س
  • حيث س > 0
أوجد
الحل
  • نختار u = لو س و dv = س د س
  • فيكون du = (1 ÷ س) د س و v = س2 ÷ 2. إذن
نختارفيكون
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•∫ س لو س د س = (س2 ÷ 2) لو س − ∫ (س2 ÷ 2)(1 ÷ س) د س = (س2 ÷ 2) لو س − س2 ÷ 4 + ث
التحقق
  • مشتقة الحد الأول هي س لو س + س ÷ 2
  • ومشتقة الحد الثاني هي −س ÷ 2
  • والمجموع س لو س
مشتقةالحدالأولومشتقة
المثال الرابع: الكسور الجزئية.أوجد ∫ (5س − 1) ÷ ((س − 1)(س + 2)) د سأوجد
الحل
  • نكتب (5س − 1) ÷ ((س − 1)(س + 2)) = أ ÷ (س − 1) + ب ÷ (س + 2)
  • فيكون 5س − 1 = أ(س + 2) + ب(س − 1)
نكتبفيكون
•
  • بوضع س = 1 نجد 4 = 3أ
  • إذن أ = 4 ÷ 3. وبوضع س = −2 نجد −11 = −3ب
  • إذن ب = 11 ÷ 3
بوضعوبوضع
•التكامل = (4 ÷ 3) لو |س − 1| + (11 ÷ 3) لو |س + 2| + ثالتكامل
التحقق(4 ÷ 3)(س + 2) + (11 ÷ 3)(س − 1) = (4س + 8 + 11س − 11) ÷ 3 = (15س − 3) ÷ 3 = 5س − 1
المثال الخامس: المساحة بين منحنيين.أوجد المساحة المحصورة بين المنحنيين ص = س و ص = س2 في الفترة [0أوجدالمحصورةالمنحنيينالفترة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الحلعلى الفترة [0، 1] يكون س ≥ س2، لأن س2 ÷ س = س ≤ 1. إذن المساحة = ∫01 (س − س2) د س = [س2 ÷ 2 − س3 ÷ 3]01 = 1 ÷ 2 − 1 ÷ 3 = 1 ÷ 6 وحدة مساحة.الفترةيكونالمساحةوحدة
المثال السادس: حجم جسم دوراني.
  • أوجد حجم الجسم الناتج من دوران المنطقة المحصورة بين المنحنى ص = √س والمحور السيني في الفترة [0
  • 4] دورة كاملة حول المحور السيني
أوجدالجسمالناتجالمنطقة
الحلالحجم = π ∫04 (√س)2 د س = π ∫04 س د س = π [س2 ÷ 2]04 = π × 8 = 8π وحدة حجم.الحجموحدة
المثال السابع: التكامل المحدد بالتعويض.أوجد ∫ من 0 إلى 1 للدالة 2س (س2 + 1)4 د سأوجدللدالة
الحل
  • نضع u = س2 + 1
  • فيكون du = 2س د س. وعند س = 0 تكون u = 1
  • وعند س = 1 تكون u = 2. فيصبح التكامل
فيكونوعندتكونفيصبح
•∫ من 1 إلى 2 للدالة u4 د u = [u5 ÷ 5] من 1 إلى 2 = (32 − 1) ÷ 5 = 31 ÷ 5للدالة
التحقق←إذا أوجدنا الدالة الأصلية بدلالة س ثم عوضنا بالحدين 0 و 1 نحصل على النتيجة نفسها، لأن [(س2 + 1)5 ÷ 5] من 0 إلى 1 = (32 − 1) ÷ 5.
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 7 / 9
أخطاء شائعة

أخطاء شائعة

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
نسيان du في التعويض
  • عند تحويل التكامل إلى u يجب أن يحل du محل الجزء المناسب تماماً من التكامل
  • وإلا تكون الإجابة خاطئة
تحويلالتكاملالجزءالمناسب
اختيار u و dv بطريقة خاطئة
  • إذا اخترنا u هي الدالة المثلثية وكان dv هو كثير الحدود
  • فقد يصبح التكامل أصعب
  • فيجب مراجعة ترتيب الأنواع
اخترناالدالةالمثلثيةوكان
نسيان القسمة المطولة
  • في الكسور الجزئية إذا كانت درجة البسط أكبر من أو تساوي درجة المقام
  • يجب القسمة أولاً
الكسورالجزئيةكانتدرجة
نسيان القيمة المطلقة في اللوغاريتم
  • التكامل 1 ÷ (س − أ) يعطي لو |س − أ|
  • لا لو (س − أ)
التكامليعطي
تربيع الدالة في الحجم بطريقة خاطئة
  • في طريقة القرص نربع الدالة
  • وفي المساحة لا نربع
  • بل نطرح الدوال
القرصنربعالمساحةنطرح
تغيير المتغير دون تغيير حدود التكامل
  • إذا استخدمنا التعويض في تكامل محدد يجب تحويل الحدين إلى قيم u المناسبة
  • أو إعادة المتغير الأصلي قبل التعويض بالحدين الأصليين
استخدمناالتعويضمحددتحويل
نسيان π في الحجمكل حجم دوراني بطريقة القرص يحتوي على π في القانوندورانيبطريقةالقرصيحتوي
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 8 / 9
ملخص الدرس

ملخص الدرس

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
التعويض∫ f(g(س)) g′(س) د س = ∫ f(u) du
التكامل بالأجزاء
  • ∫ u dv = u v − ∫ v du
  • مع اختيار u بحسب ترتيب الأنواع
اختياربحسبترتيبالأنواع
الكسور الجزئية
  • تحليل المقام إلى عوامل خطية
  • ثم إيجاد الثوابت بالتعويض
تحليلالمقامعواملخطية
التكامل المحدد∫أب f(س) د س = F(ب) − F(أ)
المساحة بين منحنيين∫أب [العليا − السفلى] د سالعلياالسفلى
حجم الدوران حول المحور السينيπ ∫أب [f(س)]2 د س
طرق التكامل والتكامل المحدد وتطبيقاته · 9 / 9