Математический анализ Примеры

$\int x^{2} {(x - 2)}^{\frac{3}{2}} d x$

Этап 1

Пусть $u_{1} = x - 2$ . Тогда $d u_{1} = d x$ . Перепишем, используя $u_{1}$ и $d$ $u_{1}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Пусть $u_{1} = x - 2$ . Найдем $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

Дифференцируем $x - 2$ .

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

Этап 1.1.2

По правилу суммы производная $x - 2$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$ .

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

Этап 1.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

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

Этап 1.1.4

Поскольку $- 2$ является константой относительно $x$ , производная $- 2$ относительно $x$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 1.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 1.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{1}$ и $d u_{1}$ .

$\int {(u_{1} + 2)}^{2} {u_{1}}^{\frac{3}{2}} d u_{1}$

Этап 2

Пусть $u_{2} = u_{1} + 2$ . Тогда $d u_{2} = d u_{1}$ . Перепишем, используя $u_{2}$ и $d$ $u_{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Пусть $u_{2} = u_{1} + 2$ . Найдем $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1.1

Дифференцируем $u_{1} + 2$ .

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

Этап 2.1.2

По правилу суммы производная $u_{1} + 2$ по $u_{1}$ имеет вид $\frac{d}{d u_{1}} [u_{1}] + \frac{d}{d u_{1}} [2]$ .

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

Этап 2.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{1}}^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

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

Этап 2.1.4

Поскольку $2$ является константой относительно $u_{1}$ , производная $2$ относительно $u_{1}$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 2.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 2.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{2}$ и $d u_{2}$ .

$\int {u_{2}}^{2} {(u_{2} - 2)}^{\frac{3}{2}} d u_{2}$

Этап 3

Пусть $u_{3} = u_{2} - 2$ . Тогда $d u_{3} = d u_{2}$ . Перепишем, используя $u_{3}$ и $d$ $u_{3}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Пусть $u_{3} = u_{2} - 2$ . Найдем $\frac{d u_{3}}{d u_{2}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.1

Дифференцируем $u_{2} - 2$ .

$\frac{d}{d u_{2}} [u_{2} - 2]$

Этап 3.1.2

По правилу суммы производная $u_{2} - 2$ по $u_{2}$ имеет вид $\frac{d}{d u_{2}} [u_{2}] + \frac{d}{d u_{2}} [- 2]$ .

$\frac{d}{d u_{2}} [u_{2}] + \frac{d}{d u_{2}} [- 2]$

Этап 3.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{2}}^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$1 + \frac{d}{d u_{2}} [- 2]$

Этап 3.1.4

Поскольку $- 2$ является константой относительно $u_{2}$ , производная $- 2$ относительно $u_{2}$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 3.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 3.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{3}$ и $d u_{3}$ .

$\int {(u_{3} + 2)}^{2} {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Перепишем ${(u_{3} + 2)}^{2}$ в виде $(u_{3} + 2) (u_{3} + 2)$ .

$\int (u_{3} + 2) (u_{3} + 2) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.2

Применим свойство дистрибутивности.

$\int (u_{3} (u_{3} + 2) + 2 (u_{3} + 2)) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.3

Применим свойство дистрибутивности.

$\int (u_{3} \cdot u_{3} + u_{3} \cdot 2 + 2 (u_{3} + 2)) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.4

Применим свойство дистрибутивности.

$\int (u_{3} \cdot u_{3} + u_{3} \cdot 2 + 2 u_{3} + 2 \cdot 2) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.5

Применим свойство дистрибутивности.

$\int (u_{3} \cdot u_{3} + u_{3} \cdot 2) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + (2 u_{3} + 2 \cdot 2) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.6

Применим свойство дистрибутивности.

$\int u_{3} \cdot u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + u_{3} \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + (2 u_{3} + 2 \cdot 2) {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.7

Применим свойство дистрибутивности.

$\int u_{3} \cdot u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + u_{3} \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.8

Изменим порядок $u_{3}$ и $2$ .

$\int u_{3} \cdot u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.9

Возведем $u_{3}$ в степень $1$ .

$\int {u_{3}}^{1} u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.10

Возведем $u_{3}$ в степень $1$ .

$\int {u_{3}}^{1} {u_{3}}^{1} {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.11

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\int {u_{3}}^{1 + 1} {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.12

Добавим $1$ и $1$ .

$\int {u_{3}}^{2} {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.13

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\int {u_{3}}^{2 + \frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.14

Чтобы записать $2$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{2}{2}$ .

$\int {u_{3}}^{2 \cdot \frac{2}{2} + \frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.15

Объединим $2$ и $\frac{2}{2}$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{2 \cdot 2}{2} + \frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.16

Объединим числители над общим знаменателем.

$\int {u_{3}}^{\frac{2 \cdot 2 + 3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.17

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.17.1

Умножим $2$ на $2$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{4 + 3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.17.2

Добавим $4$ и $3$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.18

Возведем $u_{3}$ в степень $1$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 ({u_{3}}^{1} {u_{3}}^{\frac{3}{2}}) + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.19

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{1 + \frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.20

Запишем $1$ в виде дроби с общим знаменателем.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{2}{2} + \frac{3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.21

Объединим числители над общим знаменателем.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{2 + 3}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.22

Добавим $2$ и $3$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 u_{3} \cdot {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.23

Возведем $u_{3}$ в степень $1$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 ({u_{3}}^{1} {u_{3}}^{\frac{3}{2}}) + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.24

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 {u_{3}}^{1 + \frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.25

Запишем $1$ в виде дроби с общим знаменателем.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{2}{2} + \frac{3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.26

Объединим числители над общим знаменателем.

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{2 + 3}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.27

Добавим $2$ и $3$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 \cdot 2 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.28

Умножим $2$ на $2$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.29

Добавим $2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}}$ и $2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}}$ .

$\int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + 4 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3}$

Этап 4.30

Перенесем ${u_{3}}^{\frac{7}{2}}$ .

$\int 4 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} + {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 5

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\int 4 {u_{3}}^{\frac{5}{2}} d u_{3} + \int 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3} + \int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 6

Поскольку $4$ — константа по отношению к $u_{3}$ , вынесем $4$ из-под знака интеграла.

$4 \int {u_{3}}^{\frac{5}{2}} d u_{3} + \int 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3} + \int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 7

По правилу степени интеграл ${u_{3}}^{\frac{5}{2}}$ по $u_{3}$ имеет вид $\frac{2}{7} {u_{3}}^{\frac{7}{2}}$ .

$4 (\frac{2}{7} {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + C) + \int 4 {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3} + \int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 8

Поскольку $4$ — константа по отношению к $u_{3}$ , вынесем $4$ из-под знака интеграла.

$4 (\frac{2}{7} {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + C) + 4 \int {u_{3}}^{\frac{3}{2}} d u_{3} + \int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 9

По правилу степени интеграл ${u_{3}}^{\frac{3}{2}}$ по $u_{3}$ имеет вид $\frac{2}{5} {u_{3}}^{\frac{5}{2}}$ .

$4 (\frac{2}{7} {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + C) + 4 (\frac{2}{5} {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + C) + \int {u_{3}}^{\frac{7}{2}} d u_{3}$

Этап 10

По правилу степени интеграл ${u_{3}}^{\frac{7}{2}}$ по $u_{3}$ имеет вид $\frac{2}{9} {u_{3}}^{\frac{9}{2}}$ .

$4 (\frac{2}{7} {u_{3}}^{\frac{7}{2}} + C) + 4 (\frac{2}{5} {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + C) + \frac{2}{9} {u_{3}}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 11

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1.1

Объединим $\frac{2}{7}$ и ${u_{3}}^{\frac{7}{2}}$ .

$4 (\frac{2 {u_{3}}^{\frac{7}{2}}}{7} + C) + 4 (\frac{2}{5} {u_{3}}^{\frac{5}{2}} + C) + \frac{2}{9} {u_{3}}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 11.1.2

Объединим $\frac{2}{5}$ и ${u_{3}}^{\frac{5}{2}}$ .

$4 (\frac{2 {u_{3}}^{\frac{7}{2}}}{7} + C) + 4 (\frac{2 {u_{3}}^{\frac{5}{2}}}{5} + C) + \frac{2}{9} {u_{3}}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 11.2

Упростим.

$\frac{8 {u_{3}}^{\frac{7}{2}}}{7} + \frac{8 {u_{3}}^{\frac{5}{2}}}{5} + \frac{2}{9} {u_{3}}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 12

Выполним обратную подстановку для каждой подставленной переменной интегрирования.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1

Заменим все вхождения $u_{3}$ на $u_{2} - 2$ .

$\frac{8 {(u_{2} - 2)}^{\frac{7}{2}}}{7} + \frac{8 {(u_{2} - 2)}^{\frac{5}{2}}}{5} + \frac{2}{9} {(u_{2} - 2)}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 12.2

Заменим все вхождения $u_{2}$ на $u_{1} + 2$ .

$\frac{8 {(u_{1} + 2 - 2)}^{\frac{7}{2}}}{7} + \frac{8 {(u_{1} + 2 - 2)}^{\frac{5}{2}}}{5} + \frac{2}{9} {(u_{1} + 2 - 2)}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 12.3

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $x - 2$ .

$\frac{8 {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{7}{2}}}{7} + \frac{8 {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{5}{2}}}{5} + \frac{2}{9} {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{9}{2}} + C$

Этап 13

Изменим порядок членов.

$\frac{8}{7} {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{7}{2}} + \frac{8}{5} {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{5}{2}} + \frac{2}{9} {(x - 2 + 2 - 2)}^{\frac{9}{2}} + C$