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你绝对想不到, 一个数学小白是怎么推导出, 这么复杂的数学公式的

老黄虽然对数学非常有兴趣,但自知对数学探究尚未真正入门,完全可以说就是一个数学小白。但老黄在这方面却并无自知之明,依然对推导高等数学公式乐此不疲。

最近老黄推导了很多不定积分公式。当老黄研究到正弦余弦的幂积不定积分公式时,发现从它的递推公式,可以推出非常庞大的一套公式。需要分成很多种情况讨论。前面老黄分析到正割与正弦的幂积积分公式时,每次都只能探究其中的一个小部分。比如两个指数的差是一个偶数时的公式,以及两个指数的差是一个奇数,而正弦的指数又较小时的公式。此时还要分正弦指数的奇偶性两种情况,而且还有两个指数相差1的特殊情况。这个内容老黄已经有图文作品介绍,而视频作品则在《老黄学高数》系列学习视频第279讲中详细做了分析。

接下来,老黄要推导两个指数相差一个奇数的另外一种情况,就是正割的指数反而更小的情况。也要分成正割的指数是偶数或奇数的两种情况。由于正割的指数较小,所以我们要优先将正割进行降幂,这样公式中的阶乘就不会出现从正数乘到负数的情况。

而当正割偶幂时,每次降二次幂,最终就会把正割降为0次幂,从而得到正弦的正整数幂的不定积分。这个不定积分的公式在《老黄学高数》第264、267、274三讲都有介绍,也就是说,有三种推导的方法。这样就可以得到这种情况下的积公公式了。不像正弦的指数较小时一样,这里并不会有两个指数相差1的特殊情况。

接下来做一道例题:例1:求∫(secx)^4*(sinx)^7dx.

结果老黄已经检验过了,检验的过程相当麻烦,但也很有趣,有兴趣可以试一试。

当正割奇幂时,情况就变得相当复杂了。因为将正割降到1次幂之后,就无法再继续降下去了。而正割是1次幂时,乘以正弦的幂,老黄并没有找到积分公式可以直接运用。当然,我们可以在这个基础上,对正弦进行降幂,一直降到0次幂,就会得到正割的不定积分,从而可得到最终的公式。这样就把公式的推导分成两大步,两步之间互不干扰,所以不用担心最终公式中各系数受到干扰的问题。这种方法是可行的,但得到的公式是相当复杂的。

另外一种方法是利用sin^2=1-cos^2,把不定积分化成众多不定积分形成的多项式。这种方法肯定会比两步法复杂得多,因此也不可取。老黄这里还是运用两步法,但与上面提到的两大步不同。老黄先对正弦进行降幂,一直降到反而比正割的指数小1为止。这样就可以运用上面提到的正弦指数较小时,指数差等于1的特殊情况的公式,得到最后的公式。

当然这个方法也是极其复杂的。这样的公式,要是一下子就能推导正确,那可真是祖坟冒青烟了,你都不知道老黄这个数学小白是多艰苦才做到的。由于这里是两个公式的结合,所以有很多相同形式的参数代表不同的值,因此需要将它们转化统一,这也是相当麻烦的一步工作。另外之所以最后的分子中有一个绝对值的阶乘,是因为按这个公式,如果不加绝对值,最后会出现一个(-1)!!,在这里是没有意义的。而且它的作用是约掉分母中的(n-m)!!的某些项而己,因此在出现(-1)!!时,强行转化成1!!,就可以了。

最后再看一道例题:例2:求∫(secx)^3*(sinx)^6dx.

由于解题过程中,还要运用正割的3次幂的积分公式,这是《老黄学高数》第268讲和第275讲介绍的。所以这里其实综合了三个复杂的积分公式,你可以想像一下出错的概率有多高。像老黄这样的数学小白,不出错那才是太阳从西边升起了呢。

你无法想象,老黄为了用它校正公式,做了多少工作,吃了多少苦头。随便一次小差错,检验的时候就可以让人叫苦连天。这个时候老黄才会羡慕那些数学天才。但数学天才也体验不到数学小白探究数学的乐趣。他们是永远想象不到数学小白是怎么推导出这么复杂的数学公式的。

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