Analysis Beispiele

$\int_{0}^{1} \frac{2 x^{3} + x}{x^{2} + x^{4} + 1} d x$

Schritt 1

Sei $u = x^{2} + x^{4} + 1$ . Dann ist $d u = (4 x^{3} + 2 x) d x$ , folglich $\frac{1}{2} d u = (2 x^{3} + x) d x$ . Forme um unter Verwendung von $u$ und $d$ $u$ .

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Schritt 1.1

Es sei $u = x^{2} + x^{4} + 1$ . Ermittle $\frac{d u}{d x}$ .

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Schritt 1.1.1

Differenziere $x^{2} + x^{4} + 1$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} + x^{4} + 1]$

Schritt 1.1.2

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{2} + x^{4} + 1$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [1]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [1]$

Schritt 1.1.3

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 2$ .

$2 x + \frac{d}{d x} [x^{4}] + \frac{d}{d x} [1]$

Schritt 1.1.4

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 4$ .

$2 x + 4 x^{3} + \frac{d}{d x} [1]$

Schritt 1.1.5

Da $1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $1$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$2 x + 4 x^{3} + 0$

Schritt 1.1.6

Vereinfache.

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Schritt 1.1.6.1

Addiere $2 x + 4 x^{3}$ und $0$ .

$2 x + 4 x^{3}$

Schritt 1.1.6.2

Stelle die Terme um.

$4 x^{3} + 2 x$

Schritt 1.2

Setze die untere Grenze für $x$ in $u = x^{2} + x^{4} + 1$ ein.

$u_{lower} = 0^{2} + 0^{4} + 1$

Schritt 1.3

Vereinfache.

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Schritt 1.3.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.3.1.1

$0$ zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt $0$ .

$u_{lower} = 0 + 0^{4} + 1$

Schritt 1.3.1.2

$0$ zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt $0$ .

$u_{lower} = 0 + 0 + 1$

Schritt 1.3.2

Addiere $0$ und $0$ .

$u_{lower} = 0 + 1$

Schritt 1.3.3

Addiere $0$ und $1$ .

$u_{lower} = 1$

Schritt 1.4

Setze die obere Grenze für $x$ in $u = x^{2} + x^{4} + 1$ ein.

$u_{upper} = 1^{2} + 1^{4} + 1$

Schritt 1.5

Vereinfache.

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Schritt 1.5.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 1.5.1.1

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$u_{upper} = 1 + 1^{4} + 1$

Schritt 1.5.1.2

Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.

$u_{upper} = 1 + 1 + 1$

Schritt 1.5.2

Addiere $1$ und $1$ .

$u_{upper} = 2 + 1$

Schritt 1.5.3

Addiere $2$ und $1$ .

$u_{upper} = 3$

Schritt 1.6

Die für $u_{lower}$ und $u_{upper}$ gefundenen Werte werden dazu verwendet, um das bestimmte Integral zu berechnen.

$u_{lower} = 1$

$u_{upper} = 3$

Schritt 1.7

Schreibe die Aufgabe mithilfe von $u$ , $d u$ und den neuen Grenzen der Integration neu.

$\int_{1}^{3} \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u$

Schritt 2

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Schritt 2.1

Mutltipliziere $\frac{1}{u}$ mit $\frac{1}{2}$ .

$\int_{1}^{3} \frac{1}{u \cdot 2} d u$

Schritt 2.2

Bringe $2$ auf die linke Seite von $u$ .

$\int_{1}^{3} \frac{1}{2 u} d u$

Schritt 3

Da $\frac{1}{2}$ konstant bezüglich $u$ ist, ziehe $\frac{1}{2}$ aus dem Integral.

$\frac{1}{2} \int_{1}^{3} \frac{1}{u} d u$

Schritt 4

Das Integral von $\frac{1}{u}$ nach $u$ ist $\ln (| u |)$ .

$\frac{1}{2} \ln (| u |)]_{1}^{3}$

Schritt 5

Berechne $\ln (| u |)$ bei $3$ und $1$ .

$\frac{1}{2} (\ln (| 3 |) - \ln (| 1 |))$

Schritt 6

Vereinfache.

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Schritt 6.1

Nutze die Quotienteneigenschaft von Logarithmen, $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ .

$\frac{1}{2} \ln (\frac{| 3 |}{| 1 |})$

Schritt 6.2

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $\ln (\frac{| 3 |}{| 1 |})$ .

$\frac{\ln (\frac{| 3 |}{| 1 |})}{2}$

Schritt 7

Vereinfache.

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Schritt 7.1

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $3$ ist $3$ .

$\frac{\ln (\frac{3}{| 1 |})}{2}$

Schritt 7.2

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $1$ ist $1$ .

$\frac{\ln (\frac{3}{1})}{2}$

Schritt 7.3

Dividiere $3$ durch $1$ .

$\frac{\ln (3)}{2}$

Schritt 8

Das Ergebnis kann in mehreren Formen wiedergegeben werden.

Exakte Form:

$\frac{\ln (3)}{2}$

Dezimalform:

$0.54930614 \dots$

Schritt 9