Calcul infinitésimal Exemples

$\int_{0}^{2} x^{2} \sqrt{1 + x^{3}} d x$

Étape 1

Laissez $u = 1 + x^{3}$ . Alors $d u = 3 x^{2} d x$ , donc $\frac{1}{3} d u = x^{2} d x$ . Réécrivez avec $u$ et $d$ $u$ .

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Étape 1.1

Laissez $u = 1 + x^{3}$ . Déterminez $\frac{d u}{d x}$ .

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Étape 1.1.1

Différenciez $1 + x^{3}$ .

$\frac{d}{d x} [1 + x^{3}]$

Étape 1.1.2

Selon la règle de la somme, la dérivée de $1 + x^{3}$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x^{3}]$ .

$\frac{d}{d x} [1] + \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Étape 1.1.3

Comme $1$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $1$ par rapport à $x$ est $0$ .

$0 + \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Étape 1.1.4

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 3$ .

$0 + 3 x^{2}$

Étape 1.1.5

Additionnez $0$ et $3 x^{2}$ .

$3 x^{2}$

Étape 1.2

Remplacez la limite inférieure pour $x$ dans $u = 1 + x^{3}$ .

$u_{lower} = 1 + 0^{3}$

Étape 1.3

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Étape 1.3.1

L’élévation de $0$ à toute puissance positive produit $0$ .

$u_{lower} = 1 + 0$

Étape 1.3.2

Additionnez $1$ et $0$ .

$u_{lower} = 1$

Étape 1.4

Remplacez la limite supérieure pour $x$ dans $u = 1 + x^{3}$ .

$u_{upper} = 1 + 2^{3}$

Étape 1.5

Simplifiez

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Étape 1.5.1

Élevez $2$ à la puissance $3$ .

$u_{upper} = 1 + 8$

Étape 1.5.2

Additionnez $1$ et $8$ .

$u_{upper} = 9$

Étape 1.6

Les valeurs déterminées pour $u_{lower}$ et $u_{upper}$ seront utilisées pour évaluer l’intégrale définie.

$u_{lower} = 1$

$u_{upper} = 9$

Étape 1.7

Réécrivez le problème en utilisant $u$ , $d u$ et les nouvelles limites d’intégration.

$\int_{1}^{9} \sqrt{u} \frac{1}{3} d u$

Étape 2

Associez $\sqrt{u}$ et $\frac{1}{3}$ .

$\int_{1}^{9} \frac{\sqrt{u}}{3} d u$

Étape 3

Comme $\frac{1}{3}$ est constant par rapport à $u$ , placez $\frac{1}{3}$ en dehors de l’intégrale.

$\frac{1}{3} \int_{1}^{9} \sqrt{u} d u$

Étape 4

Utilisez $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ pour réécrire $\sqrt{u}$ comme $u^{\frac{1}{2}}$ .

$\frac{1}{3} \int_{1}^{9} u^{\frac{1}{2}} d u$

Étape 5

Selon la règle de puissance, l’intégrale de $u^{\frac{1}{2}}$ par rapport à $u$ est $\frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}$ .

$\frac{1}{3} \frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}]_{1}^{9}$

Étape 6

Simplifiez l’expression.

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Étape 6.1

Évaluez $\frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}$ sur $9$ et sur $1$ .

$\frac{1}{3} ((\frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}}) - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.2

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Étape 6.2.1

Réécrivez $9$ comme $3^{2}$ .

$\frac{1}{3} (\frac{2}{3} \cdot {(3^{2})}^{\frac{3}{2}} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.2.2

Appliquez la règle de puissance et multipliez les exposants, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$\frac{1}{3} (\frac{2}{3} \cdot 3^{2 (\frac{3}{2})} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.2.3

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 6.2.3.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{1}{3} (\frac{2}{3} \cdot 3^{2 (\frac{3}{2})} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.2.3.2

Réécrivez l’expression.

$\frac{1}{3} (\frac{2}{3} \cdot 3^{3} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.2.4

Élevez $3$ à la puissance $3$ .

$\frac{1}{3} (\frac{2}{3} \cdot 27 - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3

Simplifiez

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Étape 6.3.1

Associez $\frac{2}{3}$ et $27$ .

$\frac{1}{3} (\frac{2 \cdot 27}{3} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.2

Multipliez $2$ par $27$ .

$\frac{1}{3} (\frac{54}{3} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.3

Annulez le facteur commun à $54$ et $3$ .

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Étape 6.3.3.1

Factorisez $3$ à partir de $54$ .

$\frac{1}{3} (\frac{3 \cdot 18}{3} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.3.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 6.3.3.2.1

Factorisez $3$ à partir de $3$ .

$\frac{1}{3} (\frac{3 \cdot 18}{3 (1)} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.3.2.2

Annulez le facteur commun.

$\frac{1}{3} (\frac{3 \cdot 18}{3 \cdot 1} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.3.2.3

Réécrivez l’expression.

$\frac{1}{3} (\frac{18}{1} - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.3.3.2.4

Divisez $18$ par $1$ .

$\frac{1}{3} (18 - \frac{2}{3} \cdot 1^{\frac{3}{2}})$

Étape 6.4

Simplifiez l’expression.

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Étape 6.4.1

Un à n’importe quelle puissance est égal à un.

$\frac{1}{3} (18 - \frac{2}{3} \cdot 1)$

Étape 6.4.2

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$\frac{1}{3} (18 - \frac{2}{3})$

Étape 6.5

Simplifiez

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Étape 6.5.1

Pour écrire $18$ comme une fraction avec un dénominateur commun, multipliez par $\frac{3}{3}$ .

$\frac{1}{3} (18 \cdot \frac{3}{3} - \frac{2}{3})$

Étape 6.5.2

Associez $18$ et $\frac{3}{3}$ .

$\frac{1}{3} (\frac{18 \cdot 3}{3} - \frac{2}{3})$

Étape 6.5.3

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$\frac{1}{3} \cdot \frac{18 \cdot 3 - 2}{3}$

Étape 6.5.4

Simplifiez le numérateur.

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Étape 6.5.4.1

Multipliez $18$ par $3$ .

$\frac{1}{3} \cdot \frac{54 - 2}{3}$

Étape 6.5.4.2

Soustrayez $2$ de $54$ .

$\frac{1}{3} \cdot \frac{52}{3}$

Étape 6.6

Simplifiez

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Étape 6.6.1

Multipliez $\frac{1}{3}$ par $\frac{52}{3}$ .

$\frac{52}{3 \cdot 3}$

Étape 6.6.2

Multipliez $3$ par $3$ .

$\frac{52}{9}$

Étape 7

Le résultat peut être affiché en différentes formes.

Forme exacte :

$\frac{52}{9}$

Forme décimale :

$5.\overline{7}$

Forme de nombre mixte :

$5 \frac{7}{9}$