Математический анализ Примеры

$\int x^{2} e^{8 x} d x$

Этап 1

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x^{2}$ и $d v = e^{8 x}$ .

$x^{2} (\frac{1}{8} e^{8 x}) - \int \frac{1}{8} e^{8 x} (2 x) d x$

Этап 2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Объединим $\frac{1}{8}$ и $e^{8 x}$ .

$x^{2} \frac{e^{8 x}}{8} - \int \frac{1}{8} e^{8 x} (2 x) d x$

Этап 2.2

Объединим $x^{2}$ и $\frac{e^{8 x}}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \int \frac{1}{8} e^{8 x} (2 x) d x$

Этап 3

Поскольку $\frac{1}{8} \cdot 2$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{8} \cdot 2$ из-под знака интеграла.

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{1}{8} \cdot 2 \int e^{8 x} (x) d x)$

Этап 4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Объединим $\frac{1}{8}$ и $2$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{2}{8} \int e^{8 x} (x) d x)$

Этап 4.2

Сократим общий множитель $2$ и $8$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{2 (1)}{8} \int e^{8 x} (x) d x)$

Этап 4.2.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.2.2.1

Вынесем множитель $2$ из $8$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 4} \int e^{8 x} (x) d x)$

Этап 4.2.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 4} \int e^{8 x} (x) d x)$

Этап 4.2.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - (\frac{1}{4} \int e^{8 x} (x) d x)$

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} \int e^{8 x} (x) d x$

Этап 5

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x$ и $d v = e^{8 x}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (x (\frac{1}{8} e^{8 x}) - \int \frac{1}{8} e^{8 x} d x)$

Этап 6

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Объединим $\frac{1}{8}$ и $e^{8 x}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (x \frac{e^{8 x}}{8} - \int \frac{1}{8} e^{8 x} d x)$

Этап 6.2

Объединим $x$ и $\frac{e^{8 x}}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \int \frac{1}{8} e^{8 x} d x)$

Этап 6.3

Объединим $\frac{1}{8}$ и $e^{8 x}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \int \frac{e^{8 x}}{8} d x)$

Этап 7

Поскольку $\frac{1}{8}$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{8}$ из-под знака интеграла.

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - (\frac{1}{8} \int e^{8 x} d x))$

Этап 8

Пусть $u = 8 x$ . Тогда $d u = 8 d x$ , следовательно $\frac{1}{8} d u = d x$ . Перепишем, используя $u$ и $d$ $u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Пусть $u = 8 x$ . Найдем $\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1.1

Дифференцируем $8 x$ .

$\frac{d}{d x} [8 x]$

Этап 8.1.2

Поскольку $8$ является константой относительно $x$ , производная $8 x$ по $x$ равна $8 \frac{d}{d x} [x]$ .

$8 \frac{d}{d x} [x]$

Этап 8.1.3

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

$8 \cdot 1$

Этап 8.1.4

Умножим $8$ на $1$ .

$8$

Этап 8.2

Переформулируем задачу с помощью $u$ и $d u$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{8} \int e^{u} \frac{1}{8} d u)$

Этап 9

Объединим $e^{u}$ и $\frac{1}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{8} \int \frac{e^{u}}{8} d u)$

Этап 10

Поскольку $\frac{1}{8}$ — константа по отношению к $u$ , вынесем $\frac{1}{8}$ из-под знака интеграла.

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{8} (\frac{1}{8} \int e^{u} d u))$

Этап 11

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Умножим $\frac{1}{8}$ на $\frac{1}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{8 \cdot 8} \int e^{u} d u)$

Этап 11.2

Умножим $8$ на $8$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{64} \int e^{u} d u)$

Этап 12

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

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{64} (e^{u} + C))$

Этап 13

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.1

Перепишем $\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{64} (e^{u} + C))$ в виде $\frac{1}{8} x^{2} e^{8 x} - \frac{1}{4} (\frac{1}{8} x e^{8 x} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$ .

$\frac{1}{8} x^{2} e^{8 x} - \frac{1}{4} (\frac{1}{8} x e^{8 x} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$

Этап 13.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.2.1

Объединим $\frac{1}{8}$ и $x^{2}$ .

$\frac{x^{2}}{8} e^{8 x} - \frac{1}{4} (\frac{1}{8} x e^{8 x} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$

Этап 13.2.2

Объединим $\frac{x^{2}}{8}$ и $e^{8 x}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{1}{8} x e^{8 x} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$

Этап 13.2.3

Объединим $\frac{1}{8}$ и $x$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x}{8} e^{8 x} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$

Этап 13.2.4

Объединим $\frac{x}{8}$ и $e^{8 x}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{1}{64} e^{u}) + C$

Этап 13.2.5

Объединим $e^{u}$ и $\frac{1}{64}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64}) + C$

Этап 13.2.6

Чтобы записать $- \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{8}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64}) \cdot \frac{8}{8} + C$

Этап 13.2.7

Объединим $- \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})$ и $\frac{8}{8}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x}}{8} + \frac{- \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64}) \cdot 8}{8} + C$

Этап 13.2.8

Объединим числители над общим знаменателем.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{1}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64}) \cdot 8}{8} + C$

Этап 13.2.9

Умножим $8$ на $- 1$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - 8 (\frac{1}{4}) (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.10

Объединим $- 8$ и $\frac{1}{4}$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} + \frac{- 8}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.11

Сократим общий множитель $- 8$ и $4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.2.11.1

Вынесем множитель $4$ из $- 8$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} + \frac{4 \cdot - 2}{4} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.11.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 13.2.11.2.1

Вынесем множитель $4$ из $4$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} + \frac{4 \cdot - 2}{4 (1)} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.11.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{2} e^{8 x} + \frac{4 \cdot - 2}{4 \cdot 1} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.11.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{2} e^{8 x} + \frac{- 2}{1} (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 13.2.11.2.4

Разделим $- 2$ на $1$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - 2 (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{u}}{64})}{8} + C$

Этап 14

Заменим все вхождения $u$ на $8 x$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - 2 (\frac{x e^{8 x}}{8} - \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.1

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - 2 \frac{x e^{8 x}}{8} - 2 (- \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.2.1

Вынесем множитель $2$ из $- 2$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} + 2 (- 1) \frac{x e^{8 x}}{8} - 2 (- \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15.2.2

Вынесем множитель $2$ из $8$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} + 2 \cdot - 1 \frac{x e^{8 x}}{2 \cdot 4} - 2 (- \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15.2.3

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{2} e^{8 x} + 2 \cdot - 1 \frac{x e^{8 x}}{2 \cdot 4} - 2 (- \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15.2.4

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} - 2 (- \frac{e^{8 x}}{64})}{8} + C$

Этап 15.3

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.3.1

Перенесем стоящий впереди знак минуса в $- \frac{e^{8 x}}{64}$ в числитель.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} - 2 \frac{- e^{8 x}}{64}}{8} + C$

Этап 15.3.2

Вынесем множитель $2$ из $- 2$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} + 2 (- 1) \frac{- e^{8 x}}{64}}{8} + C$

Этап 15.3.3

Вынесем множитель $2$ из $64$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} + 2 \cdot - 1 \frac{- e^{8 x}}{2 \cdot 32}}{8} + C$

Этап 15.3.4

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} + 2 \cdot - 1 \frac{- e^{8 x}}{2 \cdot 32}}{8} + C$

Этап 15.3.5

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} - \frac{- e^{8 x}}{32}}{8} + C$

Этап 15.4

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.4.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} - - \frac{e^{8 x}}{32}}{8} + C$

Этап 15.4.2

Умножим $- - \frac{e^{8 x}}{32}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.4.2.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} + 1 \frac{e^{8 x}}{32}}{8} + C$

Этап 15.4.2.2

Умножим $\frac{e^{8 x}}{32}$ на $1$ .

$\frac{x^{2} e^{8 x} - \frac{x e^{8 x}}{4} + \frac{e^{8 x}}{32}}{8} + C$

Этап 16

Изменим порядок членов.

$\frac{1}{8} (x^{2} e^{8 x} - \frac{1}{4} x e^{8 x} + \frac{1}{32} e^{8 x}) + C$