Analysis Beispiele

$\int_{- π}^{π} \cos^{2} (x) d x$

Schritt 1

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

$\int_{- π}^{π} \frac{1 + \cos (2 x)}{2} d x$

Schritt 2

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

$\frac{1}{2} \int_{- π}^{π} 1 + \cos (2 x) d x$

Schritt 3

Zerlege das einzelne Integral in mehrere Integrale.

$\frac{1}{2} (\int_{- π}^{π} d x + \int_{- π}^{π} \cos (2 x) d x)$

Schritt 4

Wende die Konstantenregel an.

$\frac{1}{2} (x]_{- π}^{π} + \int_{- π}^{π} \cos (2 x) d x)$

Schritt 5

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

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Schritt 5.1

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

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Schritt 5.1.1

Differenziere $2 x$ .

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

Schritt 5.1.2

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

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

Schritt 5.1.3

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

$2 \cdot 1$

Schritt 5.1.4

Mutltipliziere $2$ mit $1$ .

$2$

Schritt 5.2

Setze die untere Grenze für $x$ in $u = 2 x$ ein.

$u_{lower} = 2 (- π)$

Schritt 5.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $2$ .

$u_{lower} = - 2 π$

Schritt 5.4

Setze die obere Grenze für $x$ in $u = 2 x$ ein.

$u_{upper} = 2 π$

Schritt 5.5

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

$u_{lower} = - 2 π$

$u_{upper} = 2 π$

Schritt 5.6

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

$\frac{1}{2} (x]_{- π}^{π} + \int_{- 2 π}^{2 π} \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

Schritt 6

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

$\frac{1}{2} (x]_{- π}^{π} + \int_{- 2 π}^{2 π} \frac{\cos (u)}{2} d u)$

Schritt 7

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

$\frac{1}{2} (x]_{- π}^{π} + \frac{1}{2} \int_{- 2 π}^{2 π} \cos (u) d u)$

Schritt 8

Das Integral von $\cos (u)$ nach $u$ ist $\sin (u)$ .

$\frac{1}{2} (x]_{- π}^{π} + \frac{1}{2} \sin (u)]_{- 2 π}^{2 π})$

Schritt 9

Substituiere und vereinfache.

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Schritt 9.1

Berechne $x$ bei $π$ und $- π$ .

$\frac{1}{2} ((π) + π + \frac{1}{2} \sin (u)]_{- 2 π}^{2 π})$

Schritt 9.2

Berechne $\sin (u)$ bei $2 π$ und $- 2 π$ .

$\frac{1}{2} ((π) + π + \frac{1}{2} ((\sin (2 π)) - \sin (- 2 π)))$

Schritt 9.3

Addiere $π$ und $π$ .

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (\sin (2 π) - \sin (- 2 π)))$

Schritt 10

Vereinfache.

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Schritt 10.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 10.1.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 10.1.1.1

Subtrahiere ganze Umdrehungen von $2 π$ , bis der Winkel größer oder gleich $0$ und kleiner als $2 π$ ist.

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (\sin (0) - \sin (- 2 π)))$

Schritt 10.1.1.2

Der genau Wert von $\sin (0)$ ist $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (0 - \sin (- 2 π)))$

Schritt 10.1.1.3

Addiere ganze Umdrehungen von $2 π$ , bis der Winkel größer oder gleich $0$ und kleiner als $2 π$ ist.

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (0 - \sin (0)))$

Schritt 10.1.1.4

Der genau Wert von $\sin (0)$ ist $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (0 - 0))$

Schritt 10.1.1.5

Mutltipliziere $- 1$ mit $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} (0 + 0))$

Schritt 10.1.2

Addiere $0$ und $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π + \frac{1}{2} \cdot 0)$

Schritt 10.1.3

Mutltipliziere $\frac{1}{2}$ mit $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π + 0)$

Schritt 10.2

Addiere $2 π$ und $0$ .

$\frac{1}{2} (2 π)$

Schritt 10.3

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 10.3.1

Faktorisiere $2$ aus $2 π$ heraus.

$\frac{1}{2} (2 (π))$

Schritt 10.3.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{1}{2} (2 π)$

Schritt 10.3.3

Forme den Ausdruck um.

$π$

Schritt 11

Das Ergebnis kann in mehreren Formen wiedergegeben werden.

Exakte Form:

$π$

Dezimalform:

$3.14159265 \dots$