Analysis Beispiele

$\sin^{2} (3 x)$

Schritt 1

Schreibe $\sin^{2} (3 x)$ als Funktion.

$f (x) = \sin^{2} (3 x)$

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.

$F (x) = \int \sin^{2} (3 x) d x$

Schritt 4

Sei $u_{1} = 3 x$ . Dann ist $d u_{1} = 3 d x$ , folglich $\frac{1}{3} d u_{1} = d x$ . Forme um unter Verwendung von $u_{1}$ und $d$ $u_{1}$ .

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Schritt 4.1

Es sei $u_{1} = 3 x$ . Ermittle $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

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Schritt 4.1.1

Differenziere $3 x$ .

$\frac{d}{d x} [3 x]$

Schritt 4.1.2

Da $3$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $3 x$ nach $x$ gleich $3 \frac{d}{d x} [x]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x]$

Schritt 4.1.3

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

$3 \cdot 1$

Schritt 4.1.4

Mutltipliziere $3$ mit $1$ .

$3$

Schritt 4.2

Schreibe die Aufgabe mithlfe von $u_{1}$ und $d u_{1}$ neu.

$\int \sin^{2} (u_{1}) \frac{1}{3} d u_{1}$

Schritt 5

Kombiniere $\sin^{2} (u_{1})$ und $\frac{1}{3}$ .

$\int \frac{\sin^{2} (u_{1})}{3} d u_{1}$

Schritt 6

Da $\frac{1}{3}$ konstant bezüglich $u_{1}$ ist, ziehe $\frac{1}{3}$ aus dem Integral.

$\frac{1}{3} \int \sin^{2} (u_{1}) d u_{1}$

Schritt 7

Benutze die Halbwinkelformel, um $\sin^{2} (u_{1})$ als $\frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2}$ neu zu schreiben.

$\frac{1}{3} \int \frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2} d u_{1}$

Schritt 8

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

$\frac{1}{3} (\frac{1}{2} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Schritt 9

Vereinfache.

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Schritt 9.1

Mutltipliziere $\frac{1}{2}$ mit $\frac{1}{3}$ .

$\frac{1}{2 \cdot 3} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Schritt 9.2

Mutltipliziere $2$ mit $3$ .

$\frac{1}{6} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Schritt 10

Zerlege das einzelne Integral in mehrere Integrale.

$\frac{1}{6} (\int d u_{1} + \int - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Schritt 11

Wende die Konstantenregel an.

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \int - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Schritt 12

Da $- 1$ konstant bezüglich $u_{1}$ ist, ziehe $- 1$ aus dem Integral.

$\frac{1}{6} (u_{1} + C - \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Schritt 13

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

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Schritt 13.1

Es sei $u_{2} = 2 u_{1}$ . Ermittle $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

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Schritt 13.1.1

Differenziere $2 u_{1}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [2 u_{1}]$

Schritt 13.1.2

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

$2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$

Schritt 13.1.3

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

$2 \cdot 1$

Schritt 13.1.4

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$2$

Schritt 13.2

Schreibe die Aufgabe mithlfe von $u_{2}$ und $d u_{2}$ neu.

$\frac{1}{6} (u_{1} + C - \int \cos (u_{2}) \frac{1}{2} d u_{2})$

Schritt 14

Kombiniere $\cos (u_{2})$ und $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{6} (u_{1} + C - \int \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Schritt 15

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

$\frac{1}{6} (u_{1} + C - (\frac{1}{2} \int \cos (u_{2}) d u_{2}))$

Schritt 16

Das Integral von $\cos (u_{2})$ nach $u_{2}$ ist $\sin (u_{2})$ .

$\frac{1}{6} (u_{1} + C - \frac{1}{2} (\sin (u_{2}) + C))$

Schritt 17

Vereinfache.

$\frac{1}{6} (u_{1} - \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

Schritt 18

Setze für jede eingesetzte Integrationsvariable neu ein.

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Schritt 18.1

Ersetze alle $u_{1}$ durch $3 x$ .

$\frac{1}{6} (3 x - \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

Schritt 18.2

Ersetze alle $u_{2}$ durch $2 u_{1}$ .

$\frac{1}{6} (3 x - \frac{1}{2} \sin (2 u_{1})) + C$

Schritt 18.3

Ersetze alle $u_{1}$ durch $3 x$ .

$\frac{1}{6} (3 x - \frac{1}{2} \sin (2 (3 x))) + C$

Schritt 19

Vereinfache.

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Schritt 19.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 19.1.1

Mutltipliziere $3$ mit $2$ .

$\frac{1}{6} (3 x - \frac{1}{2} \sin (6 x)) + C$

Schritt 19.1.2

Kombiniere $\sin (6 x)$ und $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{6} (3 x - \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.2

Wende das Distributivgesetz an.

$\frac{1}{6} (3 x) + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.3

Kürze den gemeinsamen Faktor von $3$ .

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Schritt 19.3.1

Faktorisiere $3$ aus $6$ heraus.

$\frac{1}{3 (2)} (3 x) + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.3.2

Faktorisiere $3$ aus $3 x$ heraus.

$\frac{1}{3 (2)} (3 (x)) + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.3.3

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{1}{3 \cdot 2} (3 x) + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.3.4

Forme den Ausdruck um.

$\frac{1}{2} x + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.4

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

$\frac{x}{2} + \frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Schritt 19.5

Multipliziere $\frac{1}{6} (- \frac{\sin (6 x)}{2})$ .

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Schritt 19.5.1

Mutltipliziere $\frac{1}{6}$ mit $\frac{\sin (6 x)}{2}$ .

$\frac{x}{2} - \frac{\sin (6 x)}{6 \cdot 2} + C$

Schritt 19.5.2

Mutltipliziere $6$ mit $2$ .

$\frac{x}{2} - \frac{\sin (6 x)}{12} + C$

Schritt 20

Stelle die Terme um.

$\frac{1}{2} x - \frac{1}{12} \sin (6 x) + C$

Schritt 21

Die Lösung ist die Stammfunktion der Funktion $f (x) = \sin^{2} (3 x)$ .

$F (x) =$ $\frac{1}{2} x - \frac{1}{12} \sin (6 x) + C$