Analysis Beispiele

$\int_{0}^{5} \frac{x}{x^{2} + 10} d x$

Schritt 1

Sei $u = x^{2} + 10$ . 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 1.1

Es sei $u = x^{2} + 10$ . Ermittle $\frac{d u}{d x}$ .

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Schritt 1.1.1

Differenziere $x^{2} + 10$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} + 10]$

Schritt 1.1.2

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{2} + 10$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [10]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [10]$

Schritt 1.1.3

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

$2 x + \frac{d}{d x} [10]$

Schritt 1.1.4

Da $10$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $10$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$2 x + 0$

Schritt 1.1.5

Addiere $2 x$ und $0$ .

$2 x$

Schritt 1.2

Setze die untere Grenze für $x$ in $u = x^{2} + 10$ ein.

$u_{lower} = 0^{2} + 10$

Schritt 1.3

Vereinfache.

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Schritt 1.3.1

$0$ zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt $0$ .

$u_{lower} = 0 + 10$

Schritt 1.3.2

Addiere $0$ und $10$ .

$u_{lower} = 10$

Schritt 1.4

Setze die obere Grenze für $x$ in $u = x^{2} + 10$ ein.

$u_{upper} = 5^{2} + 10$

Schritt 1.5

Vereinfache.

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Schritt 1.5.1

Potenziere $5$ mit $2$ .

$u_{upper} = 25 + 10$

Schritt 1.5.2

Addiere $25$ und $10$ .

$u_{upper} = 35$

Schritt 1.6

Die für $u_{lower}$ und $u_{upper}$ gefundenen Werte werden dazu verwendet, um das bestimmte Integral zu berechnen.

$u_{lower} = 10$

$u_{upper} = 35$

Schritt 1.7

Schreibe die Aufgabe mithilfe von $u$ , $d u$ und den neuen Grenzen der Integration neu.

$\int_{10}^{35} \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u$

Schritt 2

Vereinfache.

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Schritt 2.1

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

$\int_{10}^{35} \frac{1}{u \cdot 2} d u$

Schritt 2.2

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

$\int_{10}^{35} \frac{1}{2 u} d u$

Schritt 3

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

$\frac{1}{2} \int_{10}^{35} \frac{1}{u} d u$

Schritt 4

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

$\frac{1}{2} \ln (| u |)]_{10}^{35}$

Schritt 5

Berechne $\ln (| u |)$ bei $35$ und $10$ .

$\frac{1}{2} (\ln (| 35 |) - \ln (| 10 |))$

Schritt 6

Vereinfache.

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Schritt 6.1

Nutze die Quotienteneigenschaft von Logarithmen, $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ .

$\frac{1}{2} \ln (\frac{| 35 |}{| 10 |})$

Schritt 6.2

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $\ln (\frac{| 35 |}{| 10 |})$ .

$\frac{\ln (\frac{| 35 |}{| 10 |})}{2}$

Schritt 7

Vereinfache.

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Schritt 7.1

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $35$ ist $35$ .

$\frac{\ln (\frac{35}{| 10 |})}{2}$

Schritt 7.2

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $10$ ist $10$ .

$\frac{\ln (\frac{35}{10})}{2}$

Schritt 7.3

Kürze den gemeinsamen Teiler von $35$ und $10$ .

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Schritt 7.3.1

Faktorisiere $5$ aus $35$ heraus.

$\frac{\ln (\frac{5 (7)}{10})}{2}$

Schritt 7.3.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 7.3.2.1

Faktorisiere $5$ aus $10$ heraus.

$\frac{\ln (\frac{5 \cdot 7}{5 \cdot 2})}{2}$

Schritt 7.3.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{\ln (\frac{5 \cdot 7}{5 \cdot 2})}{2}$

Schritt 7.3.2.3

Forme den Ausdruck um.

$\frac{\ln (\frac{7}{2})}{2}$

Schritt 8

Das Ergebnis kann in mehreren Formen wiedergegeben werden.

Exakte Form:

$\frac{\ln (\frac{7}{2})}{2}$

Dezimalform:

$0.62638148 \dots$

Schritt 9