微积分学示例

$\int x^{3} e^{4 x^{4}} d x$

解题步骤 1

使 $u_{1} = x^{2}$ 。然后使 $d u_{1} = 2 x d x$ ，以便 $\frac{1}{2} d u_{1} = x d x$ 。使用 $u_{1}$ 和 $d$ $u_{1}$ 进行重写。

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解题步骤 1.1

设 $u_{1} = x^{2}$ 。求 $\frac{d u_{1}}{d x}$ 。

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解题步骤 1.1.1

对 $x^{2}$ 求导。

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

解题步骤 1.1.2

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 2$ 。

$2 x$

解题步骤 1.2

使用 $u_{1}$ 和 $d u_{1}$ 重写该问题。

$\int u_{1} e^{4 {\sqrt{u_{1}}}^{4}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2

化简。

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解题步骤 2.1

将 ${\sqrt{u_{1}}}^{4}$ 重写为 ${u_{1}}^{2}$ 。

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解题步骤 2.1.1

使用 $\sqrt[n]{a^{x}} = a^{\frac{x}{n}}$ ，将 $\sqrt{u_{1}}$ 重写成 ${u_{1}}^{\frac{1}{2}}$ 。

$\int u_{1} e^{4 {({u_{1}}^{\frac{1}{2}})}^{4}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.2

运用幂法则并将指数相乘， ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ 。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{1}{2} \cdot 4}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.3

组合 $\frac{1}{2}$ 和 $4$ 。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{4}{2}}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.4

约去 $4$ 和 $2$ 的公因数。

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解题步骤 2.1.4.1

从 $4$ 中分解出因数 $2$ 。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2}}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.4.2

约去公因数。

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解题步骤 2.1.4.2.1

从 $2$ 中分解出因数 $2$ 。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2 (1)}}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.4.2.2

约去公因数。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{2 \cdot 2}{2 \cdot 1}}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.4.2.3

重写表达式。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{\frac{2}{1}}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.1.4.2.4

用 $2$ 除以 $1$ 。

$\int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{2}} \frac{1}{2} d u_{1}$

解题步骤 2.2

组合 $\frac{1}{2}$ 和 $u_{1}$ 。

$\int \frac{u_{1}}{2} e^{4 {u_{1}}^{2}} d u_{1}$

解题步骤 2.3

组合 $\frac{u_{1}}{2}$ 和 $e^{4 {u_{1}}^{2}}$ 。

$\int \frac{u_{1} e^{4 {u_{1}}^{2}}}{2} d u_{1}$

解题步骤 3

由于 $\frac{1}{2}$ 对于 $u_{1}$ 是常数，所以将 $\frac{1}{2}$ 移到积分外。

$\frac{1}{2} \int u_{1} e^{4 {u_{1}}^{2}} d u_{1}$

解题步骤 4

使 $u_{2} = 4 {u_{1}}^{2}$ 。然后使 $d u_{2} = 8 u_{1} d u_{1}$ ，以便 $\frac{1}{8} d u_{2} = u_{1} d u_{1}$ 。使用 $u_{2}$ 和 $d$ $u_{2}$ 进行重写。

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解题步骤 4.1

设 $u_{2} = 4 {u_{1}}^{2}$ 。求 $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ 。

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解题步骤 4.1.1

对 $4 {u_{1}}^{2}$ 求导。

$\frac{d}{d u_{1}} [4 {u_{1}}^{2}]$

解题步骤 4.1.2

因为 $4$ 对于 $u_{1}$ 是常数，所以 $4 {u_{1}}^{2}$ 对 $u_{1}$ 的导数是 $4 \frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{2}]$ 。

$4 \frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{2}]$

解题步骤 4.1.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ 等于 $n {u_{1}}^{n - 1}$ ，其中 $n = 2$ 。

$4 (2 u_{1})$

解题步骤 4.1.4

将 $2$ 乘以 $4$ 。

$8 u_{1}$

解题步骤 4.2

使用 $u_{2}$ 和 $d u_{2}$ 重写该问题。

$\frac{1}{2} \int e^{u_{2}} \frac{1}{8} d u_{2}$

解题步骤 5

组合 $e^{u_{2}}$ 和 $\frac{1}{8}$ 。

$\frac{1}{2} \int \frac{e^{u_{2}}}{8} d u_{2}$

解题步骤 6

由于 $\frac{1}{8}$ 对于 $u_{2}$ 是常数，所以将 $\frac{1}{8}$ 移到积分外。

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

解题步骤 7

化简。

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解题步骤 7.1

将 $\frac{1}{8}$ 乘以 $\frac{1}{2}$ 。

$\frac{1}{8 \cdot 2} \int e^{u_{2}} d u_{2}$

解题步骤 7.2

将 $8$ 乘以 $2$ 。

$\frac{1}{16} \int e^{u_{2}} d u_{2}$

解题步骤 8

$e^{u_{2}}$ 对 $u_{2}$ 的积分为 $e^{u_{2}}$ 。

$\frac{1}{16} (e^{u_{2}} + C)$

解题步骤 9

化简。

$\frac{1}{16} e^{u_{2}} + C$

解题步骤 10

代回替换每一个积分法替换变量。

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解题步骤 10.1

使用 $4 {u_{1}}^{2}$ 替换所有出现的 $u_{2}$ 。

$\frac{1}{16} e^{4 {u_{1}}^{2}} + C$

解题步骤 10.2

使用 $x^{2}$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

$\frac{1}{16} e^{4 {(x^{2})}^{2}} + C$

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