Analysis Beispiele

$\int 4 x^{2} e^{2 x} d x$

Schritt 1

Da $4$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $4$ aus dem Integral.

$4 \int x^{2} e^{2 x} d x$

Schritt 2

Integriere partiell durch Anwendung der Formel $\int u d v = u v - \int v d u$ , mit $u = x^{2}$ und $d v = e^{2 x}$ .

$4 (x^{2} (\frac{1}{2} e^{2 x}) - \int \frac{1}{2} e^{2 x} (2 x) d x)$

Schritt 3

Vereinfache.

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Schritt 3.1

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $e^{2 x}$ .

$4 (x^{2} \frac{e^{2 x}}{2} - \int \frac{1}{2} e^{2 x} (2 x) d x)$

Schritt 3.2

Kombiniere $x^{2}$ und $\frac{e^{2 x}}{2}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int \frac{1}{2} e^{2 x} (2 x) d x)$

Schritt 3.3

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $e^{2 x}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int \frac{e^{2 x}}{2} (2 x) d x)$

Schritt 3.4

Kombiniere $2$ und $\frac{e^{2 x}}{2}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int \frac{2 e^{2 x}}{2} x d x)$

Schritt 3.5

Kombiniere $\frac{2 e^{2 x}}{2}$ und $x$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int \frac{2 e^{2 x} x}{2} d x)$

Schritt 3.6

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 3.6.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int \frac{2 e^{2 x} x}{2} d x)$

Schritt 3.6.2

Dividiere $e^{2 x} x$ durch $1$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \int e^{2 x} x d x)$

Schritt 4

Integriere partiell durch Anwendung der Formel $\int u d v = u v - \int v d u$ , mit $u = x$ und $d v = e^{2 x}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (x (\frac{1}{2} e^{2 x}) - \int \frac{1}{2} e^{2 x} d x))$

Schritt 5

Vereinfache.

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Schritt 5.1

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $e^{2 x}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (x \frac{e^{2 x}}{2} - \int \frac{1}{2} e^{2 x} d x))$

Schritt 5.2

Kombiniere $x$ und $\frac{e^{2 x}}{2}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \int \frac{1}{2} e^{2 x} d x))$

Schritt 5.3

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $e^{2 x}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \int \frac{e^{2 x}}{2} d x))$

Schritt 6

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

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - (\frac{1}{2} \int e^{2 x} d x)))$

Schritt 7

Sei $u = 2 x$ . Dann ist $d u = 2 d x$ , folglich $\frac{1}{2} d u = d x$ . Forme um unter Verwendung von $u$ und $d$ $u$ .

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Schritt 7.1

Es sei $u = 2 x$ . Ermittle $\frac{d u}{d x}$ .

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Schritt 7.1.1

Differenziere $2 x$ .

$\frac{d}{d x} [2 x]$

Schritt 7.1.2

Da $2$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $2 x$ nach $x$ gleich $2 \frac{d}{d x} [x]$ .

$2 \frac{d}{d x} [x]$

Schritt 7.1.3

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

$2 \cdot 1$

Schritt 7.1.4

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$2$

Schritt 7.2

Schreibe die Aufgabe mithlfe von $u$ und $d u$ neu.

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{2} \int e^{u} \frac{1}{2} d u))$

Schritt 8

Kombiniere $e^{u}$ und $\frac{1}{2}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{2} \int \frac{e^{u}}{2} d u))$

Schritt 9

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

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \int e^{u} d u)))$

Schritt 10

Vereinfache.

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Schritt 10.1

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

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{2 \cdot 2} \int e^{u} d u))$

Schritt 10.2

Mutltipliziere $2$ mit $2$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{4} \int e^{u} d u))$

Schritt 11

Das Integral von $e^{u}$ nach $u$ ist $e^{u}$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{4} (e^{u} + C)))$

Schritt 12

Schreibe $4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - (\frac{x e^{2 x}}{2} - \frac{1}{4} (e^{u} + C)))$ als $4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \frac{x e^{2 x}}{2} + \frac{e^{u}}{4}) + C$ um.

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \frac{x e^{2 x}}{2} + \frac{e^{u}}{4}) + C$

Schritt 13

Ersetze alle $u$ durch $2 x$ .

$4 (\frac{x^{2} e^{2 x}}{2} - \frac{x e^{2 x}}{2} + \frac{e^{2 x}}{4}) + C$

Schritt 14

Vereinfache.

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Schritt 14.1

Wende das Distributivgesetz an.

$4 \frac{x^{2} e^{2 x}}{2} + 4 (- \frac{x e^{2 x}}{2}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2

Vereinfache.

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Schritt 14.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 14.2.1.1

Faktorisiere $2$ aus $4$ heraus.

$2 (2) \frac{x^{2} e^{2 x}}{2} + 4 (- \frac{x e^{2 x}}{2}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.1.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$2 \cdot 2 \frac{x^{2} e^{2 x}}{2} + 4 (- \frac{x e^{2 x}}{2}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.1.3

Forme den Ausdruck um.

$2 (x^{2} e^{2 x}) + 4 (- \frac{x e^{2 x}}{2}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 14.2.2.1

Bringe das führende Minuszeichen in $- \frac{x e^{2 x}}{2}$ in den Zähler.

$2 (x^{2} e^{2 x}) + 4 \frac{- x e^{2 x}}{2} + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.2.2

Faktorisiere $2$ aus $4$ heraus.

$2 (x^{2} e^{2 x}) + 2 (2) \frac{- x e^{2 x}}{2} + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.2.3

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$2 (x^{2} e^{2 x}) + 2 \cdot 2 \frac{- x e^{2 x}}{2} + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.2.4

Forme den Ausdruck um.

$2 (x^{2} e^{2 x}) + 2 (- x e^{2 x}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $2$ .

$2 (x^{2} e^{2 x}) - 2 (x e^{2 x}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.4

Kürze den gemeinsamen Faktor von $4$ .

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Schritt 14.2.4.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$2 (x^{2} e^{2 x}) - 2 (x e^{2 x}) + 4 \frac{e^{2 x}}{4} + C$

Schritt 14.2.4.2

Forme den Ausdruck um.

$2 (x^{2} e^{2 x}) - 2 (x e^{2 x}) + e^{2 x} + C$

Schritt 14.3

Entferne die Klammern.

$2 x^{2} e^{2 x} - 2 x e^{2 x} + e^{2 x} + C$