Математический анализ Примеры

$\int_{0}^{3} x \sqrt{9 - x^{2}} d x$

Этап 1

Пусть $u = 9 - x^{2}$ . Тогда $d u = - 2 x d x$ , следовательно $- \frac{1}{2} d u = x d x$ . Перепишем, используя $u$ и $d$ $u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Пусть $u = 9 - x^{2}$ . Найдем $\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

Дифференцируем $9 - x^{2}$ .

$\frac{d}{d x} [9 - x^{2}]$

Этап 1.1.2

Продифференцируем.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.2.1

По правилу суммы производная $9 - x^{2}$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [9] + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$ .

$\frac{d}{d x} [9] + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Этап 1.1.2.2

Поскольку $9$ является константой относительно $x$ , производная $9$ относительно $x$ равна $0$ .

$0 + \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Этап 1.1.3

Найдем значение $\frac{d}{d x} [- x^{2}]$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.3.1

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- x^{2}$ по $x$ равна $- \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$0 - \frac{d}{d x} [x^{2}]$

Этап 1.1.3.2

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

$0 - (2 x)$

Этап 1.1.3.3

Умножим $2$ на $- 1$ .

$0 - 2 x$

Этап 1.1.4

Вычтем $2 x$ из $0$ .

$- 2 x$

Этап 1.2

Подставим нижнее предельное значение вместо $x$ в $u = 9 - x^{2}$ .

$u_{lower} = 9 - 0^{2}$

Этап 1.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1.1

Возведение $0$ в любую положительную степень дает $0$ .

$u_{lower} = 9 - 0$

Этап 1.3.1.2

Умножим $- 1$ на $0$ .

$u_{lower} = 9 + 0$

Этап 1.3.2

Добавим $9$ и $0$ .

$u_{lower} = 9$

Этап 1.4

Подставим верхнее предельное значение вместо $x$ в $u = 9 - x^{2}$ .

$u_{upper} = 9 - 3^{2}$

Этап 1.5

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.5.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.5.1.1

Возведем $3$ в степень $2$ .

$u_{upper} = 9 - 1 \cdot 9$

Этап 1.5.1.2

Умножим $- 1$ на $9$ .

$u_{upper} = 9 - 9$

Этап 1.5.2

Вычтем $9$ из $9$ .

$u_{upper} = 0$

Этап 1.6

Значения, найденные для $u_{lower}$ и $u_{upper}$ , будут использованы для вычисления данного определенного интеграла.

$u_{lower} = 9$

$u_{upper} = 0$

Этап 1.7

Переформулируем задачу, используя $u$ , $d u$ и новые пределы интегрирования.

$\int_{9}^{0} \sqrt{u} \frac{1}{- 2} d u$

Этап 2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\int_{9}^{0} \sqrt{u} (- \frac{1}{2}) d u$

Этап 2.2

Объединим $\sqrt{u}$ и $\frac{1}{2}$ .

$\int_{9}^{0} - \frac{\sqrt{u}}{2} d u$

Этап 3

Поскольку $- 1$ — константа по отношению к $u$ , вынесем $- 1$ из-под знака интеграла.

$- \int_{9}^{0} \frac{\sqrt{u}}{2} d u$

Этап 4

Поскольку $\frac{1}{2}$ — константа по отношению к $u$ , вынесем $\frac{1}{2}$ из-под знака интеграла.

$- (\frac{1}{2} \int_{9}^{0} \sqrt{u} d u)$

Этап 5

С помощью $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ запишем $\sqrt{u}$ в виде $u^{\frac{1}{2}}$ .

$- \frac{1}{2} \int_{9}^{0} u^{\frac{1}{2}} d u$

Этап 6

По правилу степени интеграл $u^{\frac{1}{2}}$ по $u$ имеет вид $\frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}$ .

$- \frac{1}{2} \frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}]_{9}^{0}$

Этап 7

Упростим выражение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Найдем значение $\frac{2}{3} u^{\frac{3}{2}}$ в $0$ и в $9$ .

$- \frac{1}{2} ((\frac{2}{3} \cdot 0^{\frac{3}{2}}) - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1

Перепишем $0$ в виде $0^{2}$ .

$- \frac{1}{2} (\frac{2}{3} \cdot {(0^{2})}^{\frac{3}{2}} - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.2.2

Применим правило степени и перемножим показатели, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$- \frac{1}{2} (\frac{2}{3} \cdot 0^{2 (\frac{3}{2})} - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.2.3

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.3.1

Сократим общий множитель.

$- \frac{1}{2} (\frac{2}{3} \cdot 0^{2 (\frac{3}{2})} - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.2.3.2

Перепишем это выражение.

$- \frac{1}{2} (\frac{2}{3} \cdot 0^{3} - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.2.4

Возведение $0$ в любую положительную степень дает $0$ .

$- \frac{1}{2} (\frac{2}{3} \cdot 0 - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.3

Умножим $\frac{2}{3}$ на $0$ .

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot 9^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.4.1

Перепишем $9$ в виде $3^{2}$ .

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot {(3^{2})}^{\frac{3}{2}})$

Этап 7.4.2

Применим правило степени и перемножим показатели, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot 3^{2 (\frac{3}{2})})$

Этап 7.4.3

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.4.3.1

Сократим общий множитель.

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot 3^{2 (\frac{3}{2})})$

Этап 7.4.3.2

Перепишем это выражение.

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot 3^{3})$

Этап 7.4.4

Возведем $3$ в степень $3$ .

$- \frac{1}{2} (0 - \frac{2}{3} \cdot 27)$

Этап 7.5

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.5.1

Умножим $27$ на $- 1$ .

$- \frac{1}{2} (0 - 27 (\frac{2}{3}))$

Этап 7.5.2

Объединим $- 27$ и $\frac{2}{3}$ .

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{- 27 \cdot 2}{3})$

Этап 7.5.3

Умножим $- 27$ на $2$ .

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{- 54}{3})$

Этап 7.5.4

Сократим общий множитель $- 54$ и $3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.5.4.1

Вынесем множитель $3$ из $- 54$ .

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{3 \cdot - 18}{3})$

Этап 7.5.4.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.5.4.2.1

Вынесем множитель $3$ из $3$ .

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{3 \cdot - 18}{3 (1)})$

Этап 7.5.4.2.2

Сократим общий множитель.

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{3 \cdot - 18}{3 \cdot 1})$

Этап 7.5.4.2.3

Перепишем это выражение.

$- \frac{1}{2} (0 + \frac{- 18}{1})$

Этап 7.5.4.2.4

Разделим $- 18$ на $1$ .

$- \frac{1}{2} (0 - 18)$

Этап 7.6

Вычтем $18$ из $0$ .

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

Этап 7.7

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.7.1

Умножим $- 18$ на $- 1$ .

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

Этап 7.7.2

Объединим $18$ и $\frac{1}{2}$ .

$\frac{18}{2}$

Этап 7.7.3

Сократим общий множитель $18$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.7.3.1

Вынесем множитель $2$ из $18$ .

$\frac{2 \cdot 9}{2}$

Этап 7.7.3.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.7.3.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$\frac{2 \cdot 9}{2 (1)}$

Этап 7.7.3.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{2 \cdot 9}{2 \cdot 1}$

Этап 7.7.3.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{9}{1}$

Этап 7.7.3.2.4

Разделим $9$ на $1$ .

$9$