Analysis Beispiele

$\arctan (x)$

Schritt 1

Schreibe $\arctan (x)$ als Funktion.

$f (x) = \arctan (x)$

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.

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

Schritt 4

Integriere partiell durch Anwendung der Formel $\int u d v = u v - \int v d u$ , mit $u = \arctan (x)$ und $d v = 1$ .

$\arctan (x) x - \int x \frac{1}{x^{2} + 1} d x$

Schritt 5

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

$\arctan (x) x - \int \frac{x}{x^{2} + 1} d x$

Schritt 6

Sei $u = x^{2} + 1$ . 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 6.1

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

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Schritt 6.1.1

Differenziere $x^{2} + 1$ .

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

Schritt 6.1.2

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

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

Schritt 6.1.3

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

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

Schritt 6.1.4

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

$2 x + 0$

Schritt 6.1.5

Addiere $2 x$ und $0$ .

$2 x$

Schritt 6.2

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

$\arctan (x) x - \int \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u$

Schritt 7

Vereinfache.

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Schritt 7.1

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

$\arctan (x) x - \int \frac{1}{u \cdot 2} d u$

Schritt 7.2

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

$\arctan (x) x - \int \frac{1}{2 u} d u$

Schritt 8

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

$\arctan (x) x - (\frac{1}{2} \int \frac{1}{u} d u)$

Schritt 9

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

$\arctan (x) x - \frac{1}{2} (\ln (| u |) + C)$

Schritt 10

Vereinfache.

$\arctan (x) x - \frac{1}{2} \ln (| u |) + C$

Schritt 11

Ersetze alle $u$ durch $x^{2} + 1$ .

$\arctan (x) x - \frac{1}{2} \ln (| x^{2} + 1 |) + C$

Schritt 12

Die Lösung ist die Stammfunktion der Funktion $f (x) = \arctan (x)$ .

$F (x) =$ $\arctan (x) x - \frac{1}{2} \ln (| x^{2} + 1 |) + C$