Математический анализ Примеры

$\int_{0}^{1} (x^{2} + 3) e^{- x} d x$

Этап 1

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x^{2} + 3$ и $d v = e^{- x}$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - e^{- x} (2 x) d x$

Этап 2

Умножим $2$ на $- 1$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - 2 e^{- x} x d x$

Этап 3

Поскольку $- 2$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 2$ из-под знака интеграла.

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} - (- 2 \int_{0}^{1} e^{- x} x d x)$

Этап 4

Умножим $- 2$ на $- 1$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 \int_{0}^{1} e^{- x} x d x$

Этап 5

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x$ и $d v = e^{- x}$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{1} - e^{- x} d x)$

Этап 6

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

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - - \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

Этап 7

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + 1 \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

Этап 7.2

Умножим $\int_{0}^{1} e^{- x} d x$ на $1$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + \int_{0}^{1} e^{- x} d x)$

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.

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} + \int_{0}^{- 1} - e^{u} d u)$

Этап 9

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

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - \int_{0}^{- 1} e^{u} d u)$

Этап 10

Интеграл $e^{u}$ по $u$ имеет вид $e^{u}$ .

$(x^{2} + 3) (- e^{- x})]_{0}^{1} + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11

Подставим и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Найдем значение $(x^{2} + 3) (- e^{- x})$ в $1$ и в $0$ .

$((1^{2} + 3) (- e^{- 1 \cdot 1})) - (0^{2} + 3) (- e^{- 0}) + 2 (x (- e^{- x})]_{0}^{1} - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11.2

Найдем значение $x (- e^{- x})$ в $1$ и в $0$ .

$((1^{2} + 3) (- e^{- 1 \cdot 1})) - (0^{2} + 3) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - (e^{u}]_{0}^{- 1}))$

Этап 11.3

Найдем значение $e^{u}$ в $- 1$ и в $0$ .

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

Этап 11.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.4.1

Единица в любой степени равна единице.

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

Этап 11.4.2

Добавим $1$ и $3$ .

$4 (- e^{- 1 \cdot 1}) - (0^{2} + 3) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.3

Умножим $- 1$ на $1$ .

$4 (- e^{- 1}) - (0^{2} + 3) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.4

Умножим $- 1$ на $4$ .

$- 4 e^{- 1} - (0^{2} + 3) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.5

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

$- 4 e^{- 1} - (0 + 3) (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.6

Добавим $0$ и $3$ .

$- 4 e^{- 1} - 1 \cdot 3 (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.7

Умножим $- 1$ на $3$ .

$- 4 e^{- 1} - 3 (- e^{- 0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.8

Умножим $- 1$ на $0$ .

$- 4 e^{- 1} - 3 (- e^{0}) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.9

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$- 4 e^{- 1} - 3 (- 1 \cdot 1) + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.10

Умножим $- 1$ на $1$ .

$- 4 e^{- 1} - 3 \cdot - 1 + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.11

Умножим $- 3$ на $- 1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 ((1 (- e^{- 1 \cdot 1})) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.12

Умножим $- 1$ на $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (1 (- e^{- 1}) + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.13

Умножим $- 1$ на $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- e^{- 0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.14

Умножим $- 1$ на $0$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- e^{0}) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.15

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} + 0 (- 1 \cdot 1) - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.16

Умножим $- 1$ на $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} + 0 \cdot - 1 - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.17

Умножим $0$ на $- 1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} + 0 - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.18

Добавим $- e^{- 1}$ и $0$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} - ((e^{- 1}) - e^{0}))$

Этап 11.4.19

Любое число в степени $0$ равно $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1 \cdot 1))$

Этап 11.4.20

Умножим $- 1$ на $1$ .

$- 4 e^{- 1} + 3 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

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

$- 4 \frac{1}{e} + 3 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.2

Объединим $- 4$ и $\frac{1}{e}$ .

$\frac{- 4}{e} + 3 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.3

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (- e^{- 1} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.4

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.4.1

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (- \frac{1}{e} - (e^{- 1} - 1))$

Этап 12.1.4.2

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (- \frac{1}{e} - (\frac{1}{e} - 1))$

Этап 12.1.4.3

Применим свойство дистрибутивности.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (- \frac{1}{e} - \frac{1}{e} - - 1)$

Этап 12.1.4.4

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (- \frac{1}{e} - \frac{1}{e} + 1)$

Этап 12.1.5

Объединим числители над общим знаменателем.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (1 + \frac{- 1 - 1}{e})$

Этап 12.1.6

Вычтем $1$ из $- 1$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (1 + \frac{- 2}{e})$

Этап 12.1.7

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 (1 - \frac{2}{e})$

Этап 12.1.8

Применим свойство дистрибутивности.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 \cdot 1 + 2 (- \frac{2}{e})$

Этап 12.1.9

Умножим $2$ на $1$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 + 2 (- \frac{2}{e})$

Этап 12.1.10

Умножим $2 (- \frac{2}{e})$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.10.1

Умножим $- 1$ на $2$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 - 2 \frac{2}{e}$

Этап 12.1.10.2

Объединим $- 2$ и $\frac{2}{e}$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 + \frac{- 2 \cdot 2}{e}$

Этап 12.1.10.3

Умножим $- 2$ на $2$ .

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 + \frac{- 4}{e}$

Этап 12.1.11

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{4}{e} + 3 + 2 - \frac{4}{e}$

Этап 12.2

Объединим числители над общим знаменателем.

$3 + 2 + \frac{- 4 - 4}{e}$

Этап 12.3

Вычтем $4$ из $- 4$ .

$3 + 2 + \frac{- 8}{e}$

Этап 12.4

Вынесем знак минуса перед дробью.

$3 + 2 - \frac{8}{e}$

Этап 12.5

Добавим $3$ и $2$ .

$5 - \frac{8}{e}$

Этап 13

Результат можно представить в различном виде.

Точная форма:

$5 - \frac{8}{e}$

Десятичная форма:

$2.05696447 \dots$

Этап 14