Математический анализ Примеры

\int_{0}^{1} (x^{2} + 6) e^{- x} d x

$\int_{0}^{1} (x^{2} + 6) e^{- x} d x$

Этап 1

Проинтегрируем по частям, используя формулу

\int u d v = u v - \int v d u

$\int u d v = u v - \int v d u$ , где

$u = x^{2} + 6$ и

$d v = e^{- x}$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - e^{- x} (2 x) d x$

Этап 2

Умножим

$2$ на

$- 1$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - 2 e^{- x} x d x$

Этап 3

Поскольку

$- 2$ — константа по отношению к

$x$ , вынесем

$- 2$ из-под знака интеграла.

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} - (- 2 \int_{0}^{1} e^{- x} x d x)$

Этап 4

Умножим

$- 2$ на

$- 1$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 \int_{0}^{1} e^{- x} x d x$

Этап 5

Проинтегрируем по частям, используя формулу

$\int u d v = u v - \int v d u$ , где

$u = x$ и

$d v = e^{- x}$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - e^{- x} d x)$

Этап 6

Поскольку

$- 1$ — константа по отношению к

$x$ , вынесем

$- 1$ из-под знака интеграла.

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - - \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

Этап 7

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Умножим

$- 1$ на

$- 1$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + 1 \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

Этап 7.2

Умножим

$\int_{0}^{1} e^{- x} d x$ на

$1$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

Этап 8

Пусть

$u = - x$ . Тогда

$d u = - d x$ , следовательно

$- d u = d x$ . Перепишем, используя

$u$ и

$d$

$u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Пусть

$u = - x$ . Найдем

$\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1.1

Дифференцируем

$- x$ .

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

Этап 8.1.2

Поскольку

$- 1$ является константой относительно

$x$ , производная

$- x$ по

$x$ равна

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

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

Этап 8.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что

$\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид

$n x^{n - 1}$ , где

$n = 1$ .

$- 1 \cdot 1$

Этап 8.1.4

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 1$

Этап 8.2

Подставим нижнее предельное значение вместо

$x$ в

$u = - x$ .

$u_{lower} = - 0$

Этап 8.3

Умножим

$- 1$ на

$0$ .

$u_{lower} = 0$

Этап 8.4

Подставим верхнее предельное значение вместо

$x$ в

$u = - x$ .

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

Этап 8.5

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$u_{upper} = - 1$

Этап 8.6

Значения, найденные для

$u_{lower}$ и

$u_{upper}$ , будут использованы для вычисления данного определенного интеграла.

$u_{lower} = 0$

$u_{upper} = - 1$

Этап 8.7

Переформулируем задачу, используя

$u$ ,

$d u$ и новые пределы интегрирования.

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + \int_{0}^{- 1} - e^{u} d u)$

Этап 9

Поскольку

$- 1$ — константа по отношению к

$u$ , вынесем

$- 1$ из-под знака интеграла.

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{- 1} e^{u} d u)$

Этап 10

Интеграл

$e^{u}$ по

$u$ имеет вид

$e^{u}$ .

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11

Подставим и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Найдем значение

$(x^{2} + 6) (- e^{- x})$ в

$1$ и в

$0$ .

$((1^{2} + 6) (- e^{- 1 \cdot 1})) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11.2

Найдем значение

$x (- e^{- x})$ в

$1$ и в

$0$ .

$((1^{2} + 6) (- e^{- 1 \cdot 1})) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11.3

Найдем значение

$e^{u}$ в

$- 1$ и в

$0$ .

$((1^{2} + 6) (- e^{- 1 \cdot 1})) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.4.1

Единица в любой степени равна единице.

$(1 + 6) (- e^{- 1 \cdot 1}) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.2

Добавим

$1$ и

$6$ .

$7 (- e^{- 1 \cdot 1}) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.3

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$7 (- e^{- 1}) - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.4

Умножим

$- 1$ на

$7$ .

$- 7 e^{- 1} - (0^{2} + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.5

Возведение

$0$ в любую положительную степень дает

$0$ .

$- 7 e^{- 1} - (0 + 6) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.6

Добавим

$0$ и

$6$ .

$- 7 e^{- 1} - 1 \cdot 6 (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.7

Умножим

$- 1$ на

$6$ .

$- 7 e^{- 1} - 6 (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.8

Умножим

$- 1$ на

$0$ .

$- 7 e^{- 1} - 6 (- e^{0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.9

Любое число в степени

$0$ равно

$1$ .

$- 7 e^{- 1} - 6 (- 1 \cdot 1) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.10

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 7 e^{- 1} - 6 \cdot - 1 + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.11

Умножим

$- 6$ на

$- 1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.12

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (1 (- e^{- 1}) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.13

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.14

Умножим

$- 1$ на

$0$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- e^{0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.15

Любое число в степени

$0$ равно

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- 1 \cdot 1) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.16

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} + 0 \cdot - 1 - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.17

Умножим

$0$ на

$- 1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} + 0 - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.18

Добавим

$- e^{- 1}$ и

$0$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.19

Любое число в степени

$0$ равно

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1 \cdot 1))$

Этап 11.4.20

Умножим

$- 1$ на

$1$ .

$- 7 e^{- 1} + 6 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.1

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней

$b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$- 7 \frac{1}{e} + 6 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.2

Объединим

$- 7$ и

$\frac{1}{e}$ .

$\frac{- 7}{e} + 6 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.3

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.4

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.4.1

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней

$b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (- \frac{1}{e} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.4.2

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней

$b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (- \frac{1}{e} - (\frac{1}{e} - 1))$

Этап 12.1.4.3

Применим свойство дистрибутивности.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (- \frac{1}{e} - \frac{1}{e} - - 1)$

Этап 12.1.4.4

Умножим

$- 1$ на

$- 1$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (- \frac{1}{e} - \frac{1}{e} + 1)$

Этап 12.1.5

Объединим числители над общим знаменателем.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (1 + \frac{- 1 - 1}{e})$

Этап 12.1.6

Вычтем

$1$ из

$- 1$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (1 + \frac{- 2}{e})$

Этап 12.1.7

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 (1 - \frac{2}{e})$

Этап 12.1.8

Применим свойство дистрибутивности.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 \cdot 1 + 2 (- \frac{2}{e})$

Этап 12.1.9

Умножим

$2$ на

$1$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 + 2 (- \frac{2}{e})$

Этап 12.1.10

Умножим

$2 (- \frac{2}{e})$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.10.1

Умножим

$- 1$ на

$2$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 - 2 \frac{2}{e}$

Этап 12.1.10.2

Объединим

$- 2$ и

$\frac{2}{e}$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 + \frac{- 2 \cdot 2}{e}$

Этап 12.1.10.3

Умножим

$- 2$ на

$2$ .

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 + \frac{- 4}{e}$

Этап 12.1.11

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{7}{e} + 6 + 2 - \frac{4}{e}$

Этап 12.2

Объединим числители над общим знаменателем.

$6 + 2 + \frac{- 7 - 4}{e}$

Этап 12.3

Вычтем

$4$ из

$- 7$ .

$6 + 2 + \frac{- 11}{e}$

Этап 12.4

Вынесем знак минуса перед дробью.

$6 + 2 - \frac{11}{e}$

Этап 12.5

Добавим

$6$ и

$2$ .

$8 - \frac{11}{e}$

Этап 13

Результат можно представить в различном виде.

Точная форма:

$8 - \frac{11}{e}$

Десятичная форма:

$3.95332614 \dots$

Этап 14