Analysis Beispiele

$16 x + \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}}$

Schritt 1

Schreibe $16 x + \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}}$ als Funktion.

$f (x) = 16 x + \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}}$

Schritt 2

Die Funktion $F (x)$ kann bestimmt werden, indem das unbestimmte Integral der Ableitung $f (x)$ ermittelt wird.

$F (x) = \int f (x) d x$

Schritt 3

Stelle das Integral auf, um zu lösen.

$F (x) = \int 16 x + \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}} d x$

Schritt 4

Zerlege das einzelne Integral in mehrere Integrale.

$\int 16 x d x + \int \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}} d x$

Schritt 5

Da $16$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $16$ aus dem Integral.

$16 \int x d x + \int \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}} d x$

Schritt 6

Gemäß der Potenzregel ist das Integral von $x$ nach $x$ gleich $\frac{1}{2} x^{2}$ .

$16 (\frac{1}{2} x^{2} + C) + \int \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}} d x$

Schritt 7

Da $5$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $5$ aus dem Integral.

$16 (\frac{1}{2} x^{2} + C) + 5 \int \frac{x}{\sqrt{9 - x^{2}}} d x$

Schritt 8

Sei $u = 9 - x^{2}$ . Dann ist $d u = - 2 x d x$ , folglich $- \frac{1}{2} d u = x d x$ . Forme um unter Verwendung von $u$ und $d$ $u$ .

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Schritt 8.1

Es sei $u = 9 - x^{2}$ . Ermittle $\frac{d u}{d x}$ .

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Schritt 8.1.1

Differenziere $9 - x^{2}$ .

$\frac{d}{d x} [9 - x^{2}]$

Schritt 8.1.2

Differenziere.

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Schritt 8.1.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $9 - x^{2}$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [9] + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [9] + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Schritt 8.1.2.2

Da $9$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $9$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$0 + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Schritt 8.1.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- x^{2}]$ .

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Schritt 8.1.3.1

Da $- 1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- x^{2}$ nach $x$ gleich $- \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$0 - \frac{d}{d x} [x^{2}]$

Schritt 8.1.3.2

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

$0 - (2 x)$

Schritt 8.1.3.3

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$0 - 2 x$

Schritt 8.1.4

Subtrahiere $2 x$ von $0$ .

$- 2 x$

Schritt 8.2

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

$16 (\frac{1}{2} x^{2} + C) + 5 \int \frac{1}{\sqrt{u}} \cdot \frac{1}{- 2} d u$

Schritt 9

Vereinfache.

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Schritt 9.1

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

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + 5 \int \frac{1}{\sqrt{u}} \cdot \frac{1}{- 2} d u$

Schritt 9.2

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + 5 \int \frac{1}{\sqrt{u}} (- \frac{1}{2}) d u$

Schritt 9.3

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

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + 5 \int - \frac{1}{\sqrt{u} \cdot 2} d u$

Schritt 9.4

Bringe $2$ auf die linke Seite von $\sqrt{u}$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + 5 \int - \frac{1}{2 \sqrt{u}} d u$

Schritt 10

Da $- 1$ konstant bezüglich $u$ ist, ziehe $- 1$ aus dem Integral.

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + 5 (- \int \frac{1}{2 \sqrt{u}} d u)$

Schritt 11

Mutltipliziere $- 1$ mit $5$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - 5 \int \frac{1}{2 \sqrt{u}} d u$

Schritt 12

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

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - 5 (\frac{1}{2} \int \frac{1}{\sqrt{u}} d u)$

Schritt 13

Vereinfache den Ausdruck.

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Schritt 13.1

Vereinfache.

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Schritt 13.1.1

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $- 5$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) + \frac{- 5}{2} \int \frac{1}{\sqrt{u}} d u$

Schritt 13.1.2

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int \frac{1}{\sqrt{u}} d u$

Schritt 13.2

Wende die grundlegenden Potenzregeln an.

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Schritt 13.2.1

Benutze $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ , um $\sqrt{u}$ als $u^{\frac{1}{2}}$ neu zu schreiben.

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int \frac{1}{u^{\frac{1}{2}}} d u$

Schritt 13.2.2

Bringe $u^{\frac{1}{2}}$ aus dem Nenner durch Potenzieren mit $- 1$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int {(u^{\frac{1}{2}})}^{- 1} d u$

Schritt 13.2.3

Multipliziere die Exponenten in ${(u^{\frac{1}{2}})}^{- 1}$ .

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Schritt 13.2.3.1

Wende die Potenzregel an und multipliziere die Exponenten, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int u^{\frac{1}{2} \cdot - 1} d u$

Schritt 13.2.3.2

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $- 1$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int u^{\frac{- 1}{2}} d u$

Schritt 13.2.3.3

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} \int u^{- \frac{1}{2}} d u$

Schritt 14

Gemäß der Potenzregel ist das Integral von $u^{- \frac{1}{2}}$ nach $u$ gleich $2 u^{\frac{1}{2}}$ .

$16 (\frac{x^{2}}{2} + C) - \frac{5}{2} (2 u^{\frac{1}{2}} + C)$

Schritt 15

Vereinfache.

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Schritt 15.1

Vereinfache.

$8 x^{2} - \frac{5}{2} (2 u^{\frac{1}{2}}) + C$

Schritt 15.2

Vereinfache.

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Schritt 15.2.1

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$8 x^{2} - 2 (\frac{5}{2}) u^{\frac{1}{2}} + C$

Schritt 15.2.2

Kombiniere $- 2$ und $\frac{5}{2}$ .

$8 x^{2} + \frac{- 2 \cdot 5}{2} u^{\frac{1}{2}} + C$

Schritt 15.2.3

Mutltipliziere $- 2$ mit $5$ .

$8 x^{2} + \frac{- 10}{2} u^{\frac{1}{2}} + C$

Schritt 15.2.4

Kombiniere $\frac{- 10}{2}$ und $u^{\frac{1}{2}}$ .

$8 x^{2} + \frac{- 10 u^{\frac{1}{2}}}{2} + C$

Schritt 15.2.5

Faktorisiere $2$ aus $- 10 u^{\frac{1}{2}}$ heraus.

$8 x^{2} + \frac{2 (- 5 u^{\frac{1}{2}})}{2} + C$

Schritt 15.2.6

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 15.2.6.1

Faktorisiere $2$ aus $2$ heraus.

$8 x^{2} + \frac{2 (- 5 u^{\frac{1}{2}})}{2 (1)} + C$

Schritt 15.2.6.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$8 x^{2} + \frac{2 (- 5 u^{\frac{1}{2}})}{2 \cdot 1} + C$

Schritt 15.2.6.3

Forme den Ausdruck um.

$8 x^{2} + \frac{- 5 u^{\frac{1}{2}}}{1} + C$

Schritt 15.2.6.4

Dividiere $- 5 u^{\frac{1}{2}}$ durch $1$ .

$8 x^{2} - 5 u^{\frac{1}{2}} + C$

Schritt 16

Ersetze alle $u$ durch $9 - x^{2}$ .

$8 x^{2} - 5 {(9 - x^{2})}^{\frac{1}{2}} + C$

Schritt 17

Die Lösung ist die Stammfunktion der Funktion $f (x) = 16 x + \frac{5 x}{\sqrt{9 - x^{2}}}$ .

$F (x) =$ $8 x^{2} - 5 {(9 - x^{2})}^{\frac{1}{2}} + C$