Analysis Beispiele

$\int \sec^{3} (x) \tan^{3} (x) d x$

Schritt 1

Faktorisiere $\tan^{2} (x)$ aus.

$\int \sec^{3} (x) (\tan^{2} (x) \tan (x)) d x$

Schritt 2

Schreibe $\tan^{2} (x)$ in $- 1 + \sec^{2} (x)$ um unter Verwendung des trigonometrischen Pythagoras.

$\int \sec^{3} (x) ((- 1 + \sec^{2} (x)) \tan (x)) d x$

Schritt 3

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

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Schritt 3.1

Es sei $u = \sec (x)$ . Ermittle $\frac{d u}{d x}$ .

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Schritt 3.1.1

Differenziere $\sec (x)$ .

$\frac{d}{d x} [\sec (x)]$

Schritt 3.1.2

Die Ableitung von $\sec (x)$ nach $x$ ist $\sec (x) \tan (x)$ .

$\sec (x) \tan (x)$

Schritt 3.2

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

$\int u^{2} (- 1 + u^{2}) d u$

Schritt 4

Multipliziere $u^{2} (- 1 + u^{2})$ .

$\int u^{2} \cdot - 1 + u^{2} u^{2} d u$

Schritt 5

Vereinfache.

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Schritt 5.1

Bringe $- 1$ auf die linke Seite von $u^{2}$ .

$\int - 1 \cdot u^{2} + u^{2} u^{2} d u$

Schritt 5.2

Schreibe $- 1 u^{2}$ als $- u^{2}$ um.

$\int - u^{2} + u^{2} u^{2} d u$

Schritt 5.3

Multipliziere $u^{2}$ mit $u^{2}$ durch Addieren der Exponenten.

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Schritt 5.3.1

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$\int - u^{2} + u^{2 + 2} d u$

Schritt 5.3.2

Addiere $2$ und $2$ .

$\int - u^{2} + u^{4} d u$

Schritt 6

Zerlege das einzelne Integral in mehrere Integrale.

$\int - u^{2} d u + \int u^{4} d u$

Schritt 7

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

$- \int u^{2} d u + \int u^{4} d u$

Schritt 8

Gemäß der Potenzregel ist das Integral von $u^{2}$ nach $u$ gleich $\frac{1}{3} u^{3}$ .

$- (\frac{1}{3} u^{3} + C) + \int u^{4} d u$

Schritt 9

Gemäß der Potenzregel ist das Integral von $u^{4}$ nach $u$ gleich $\frac{1}{5} u^{5}$ .

$- (\frac{1}{3} u^{3} + C) + \frac{1}{5} u^{5} + C$

Schritt 10

Vereinfache.

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Schritt 10.1

Kombiniere $\frac{1}{3}$ und $u^{3}$ .

$- (\frac{u^{3}}{3} + C) + \frac{1}{5} u^{5} + C$

Schritt 10.2

Vereinfache.

$- \frac{1}{3} u^{3} + \frac{1}{5} u^{5} + C$

Schritt 11

Ersetze alle $u$ durch $\sec (x)$ .

$- \frac{1}{3} \sec^{3} (x) + \frac{1}{5} \sec^{5} (x) + C$