Integrationsregeln, Integration durch Substitution. 1-E1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
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- Rudolph Schulze
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1 Integrationsregeln, Integration durch Substitution 1-E1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
2 1-E2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
3 1-E3 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
4 Integrationsregeln Faktorregel: b a b C f x dx = C a f x dx Summenregel: b a b f 1 x... f n x dx = a b f 1 x dx... a f n x dx Vertauschungsregel: a b b f x dx = a f x dx a a f x dx = Ma 1 Lubov Vassilevskaya
5 Integrationsregeln Abb. 1: Intervallzerlegung Zerlegung des Integrationsintervalls in zwei Teilintervalle: b a c f x dx = a b f x dx c f x dx a c b 1-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
6 Integration durch Substitution Partielle Integration Integration nach Partialbruchzerlegung Integrationsmethoden 2-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
7 Die Integration durch Substitution: Beispiel 1 Manche Integrale, die nicht zu Grundintegralen gehören, lassen sich durch eine geeignete Substitution in Grundintegralen überführen x cos x 2 d x Substitution: u = x 2 Das alte Differential dx ist durch das neue Differential du auszudrücken. u = x 2 d u d x = 2 x d x = d u 2 x x d x = 1 2 d u x cos x 2 d x = 1 2 cos u d u = 1 2 sin u C = 1 2 sin x 2 C x cos x 2 d x = 1 2 sin x 2 C Ziel der Substitution ist es, den zu integrierenden Ausdruck zu vereinfachen: Der Integrand wird durch eine neue Variable ausgedrückt und umgeformt. 3-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
8 Die Integration durch Substitution f ( g(x) ) g'(x) dx f g x g ' x dx = f u du, u = g x, du = g ' x dx Das Integral eines Produktes lässt sich immer dann berechnen, wenn ein Faktor f (g (x)) eine Funktion einer inneren Funktion und der andere Faktor die Ableitung g' (x) der inneren Funktion ist, sofern für die Funktion f unter Beachtung der Substitution u = g (x) das Integral gelöst werden kann. 3-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
9 Die Integration durch Substitution Der Erfolg einer solchen Substitution ist abhängig von der richtigen Wahl der Substitution u = g (x). Dies setzt gewisse Erfahrungen voraus, die sich nur durch gründliches Üben erwerben lassen. Vor der Festlegung der Substitution verschaffe man ich immer erst Klarheit über die Struktur des Integranden und berücksichtige auch den Einfluß des Differentials dx. 3-3 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
10 Die Integration durch Substitution: Beispiel 2,3 Beispiel 2: sin x cos 2 x d x, u = cos x, u ' = sin x u = cos x d u d x = sin x sin x d x = d u sin x cos 2 x d x = u 2 d u = u3 3 C = 1 3 cos3 x C Beispiel 3: x dx 1 x 2, u = 1 x 2, u ' = 2 x x dx 1 x 2 = 1 2 du u = u C = 1 x 2 C 3-4 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
11 Die Integration durch Substitution: Beispiel 4,5 Beispiel 4: 4 5 x d x, u = 4 5 x, u ' = 5 u = 4 5 x d u d x = 5 d x = 1 5 d u 4 5 x d x = u 1/ 2 d u 5 = 1 5 u 1 / 2 d u = x 3/ 2 C Beispiel 5: 6 x x 3 3 d x, u = 1 4 x 3, u ' = 12 x 2 u = 1 4 x 3 d u d x = 12 x 2 d x = d u 12 x 2 6 x x 3 d x = 6 x 2 3 u 3 d u 12 x = 1 d u = 2 2 u 3 = 1 2 u 3 d u = 1 4 u 2 C = x 3 2 C 3-5 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
12 Die Integration durch Substitution: Aufgabe 1 I 1 = 2 x 3 x 2 3 x + 12 d x, u = x2 3 x + 12 I 2 = 3 x2 5 x 3 5 x 6 d x, u = x3 5 x 6 I 3 = d x x ln x, u = ln x I 4 = x d x cos 2 x 2, u = x 2 I 5 = x d x 1 x, u = 1 x 4-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
13 Die Integration durch Substitution: Lösung 1 I 1 = 2 x 3 x 2 3 x + 12 d x = d u u = ln u + C = ln x2 3 x C I 2 = 3 x2 5 x 3 5 x 6 d x = d u u = ln u + C = ln x3 5 x 6 + C I 3 = d x x ln x = d u u = ln u C = ln ln x C I 4 = x d x cos 2 x 2 = 1 d x 2 cos 2 u = 1 2 tan u C = 1 2 tan x 2 C I 5 = x d x 1 x = u 1 d u u = u 1/2 u 1/ 2 d u = 2 3 u u 3 C = = x x 2 C 4-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
14 Die Integration durch Substitution: Aufgabe 2 I 1 = 2 x 7 3 dx I 2 = 12 2 x 5 dx I 3 = x 2 x dx I 4 = x x 3 5 dx I 5 = 3 x 8 dx I 6 = 3 2 x 5 2 dx I 7 = x 2 x 2 3 d x I 8 = (2 x 1) 9 x 2 9 x 4 d x I 9 = 5 x 12 1/ 2 d x 5-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
15 Die Integration durch Substitution: Lösung 2 I 1 = 2 x 7 3 dx = x 7 4 C, u = 2 x 7 I 2 = 12 2 x 5 dx = x 6 C, u = 6 x 5-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
16 Die Integration durch Substitution: Lösung 2 I 3 = x 2 x dx = x C, u = 2 x 2 11 I 4 = x x 3 5 dx = x 3 6 C, u = 7 3 x 3 I 5 = 3 x 8 dx = x 8 3 /2 C = = x 8 3 x 8 C, u = 3 x 8 I 6 = 3 2 x 5 2 dx = x 5 5/ 3 C = = x x 5 2 C, u = 2 x 5 I 7 = x 2 x 2 3 d x = 1 6 (2 x2 3) 3/2 + C, u = 2 x 2 3 I 8 = (2 x 1) 9 x 2 9 x 4 d x = 2 27 (9 x 2 9 x 4) 3/2 + C u = 9 x 2 9 x 4
17 Die Integration durch Substitution: Lösung 2 I 9 = 5 x 12 1/ 2 d x = x 12 C, u = 5 x Ma 1 Lubov Vassilevskaya
18 Die Integration durch Substitution: Aufgabe 3 Berechnen Sie folgende unbestimmte Integrale I 1 a = cos 3 x d x, I 1 b = cos a x d x I 2 a = cos 3 x 2 d x, I 2 b = x cos 3 x 2 2 d x I 3 a = cos 2 x d x, I 3 b = sin 2 x d x I 4 a = I 5 a = cos x 1 2 sin x d x, I 4 b = cos 3 x 5 6 sin 3 x d x, I 5 b = sin x 1 3 cos x d x sin 4 x 11 2 cos 4 x d x I 6 a = sin 3 x cos x d x, I 6 b = cos 4 x sin x d x 6-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
19 Die Integration durch Substitution: Lösung 3 I 1 a = cos 3 x d x = 1 3 I 1 b = cos a x d x = 1 a sin 3 x C sin a x C I 2 a = cos 3 x 2 d x = 1 3 sin 3 x 2 C I 2 b = x cos 3 x 2 2 d x = 1 6 sin 3 x2 2 C u = 3 x 2 2, x dx = du 6 I 3 a = cos 2 x d x = 1 2 cos 2 x 1 d x = 1 2 dx 1 2 cos 2 x d x = = 1 2 dx 1 4 cos u d u = x 2 sin 2 x 4 C u = 2 x I 3 b = sin 2 x d x = cos 2 x d x = 1 2 dx 1 2 cos 2 x d x = = x 2 sin 2 x 4 C = = x sin x cos x C 6-2 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
20 Die Integration durch Substitution: Lösung 3 I 4 a = cos x 1 2 sin x d x = 1 2 du u = 1 2 ln u C = 1 2 u = 1 2 sin x, cos x dx = du 2 ln 1 2 sin x C I 4 b = sin x 1 3 cos x d x = 1 3 ln 1 3 cos x C I 5 a = cos 3 x 5 6 sin 3 x d x = 1 18 u = 5 6 sin 3 x, ln 5 6 sin 3 x C cos 3 x dx = du 18 I 5b = sin 4 x 11 2 cos 4 x d x = 1 8 ln 11 2 cos 4 x C I 6 a = sin 3 x cos x d x = 1 4 sin4 x C I 6 b = cos 4 x sin x d x = 1 5 cos5 x C 6-3 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
21 Die Integration durch Substitution: Aufgabe 4 Berechnen Sie folgende unbestimmte Integrale I 1 a = e 3 x d x, I 1 b = e 3 x 4 d x I 2 a = x e 2 x2 d x, I 2 b = x 3 e 5 x4 1 d x 7-1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
22 Die Integration durch Substitution: Lösung 4 I 1 a = e 3 x d x = 1 3 e 3 x C, u = 3 x I 1b = e 3 x 4 d x = 1 3 e 3 x 4 C, u = 3 x Ma 1 Lubov Vassilevskaya
23 Die Integration durch Substitution: Lösung 4 I 2 a = x e 2 x2 d x = 1 4 e 2 x2 C, u = 2 x 2 I 2 b = x 3 e 5 x 4 1 d x = 1 20 e 5 x 4 1 C, u = 5 x Ma 1 Lubov Vassilevskaya
24 7-4 Ma 1 Lubov Vassilevskaya
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