Integration ved substitution og delvis (partiel) integration

Relaterede dokumenter
Projekt 5.7 Hovedsætninger om differentiable funktioner et opgaveforløb

INTEGRALREGNING. Opgaver til noterne kan findes her. PDF. Facit til opgaverne kan hentes her. PDF. Version: 5.0

Integralregning. 2. del Karsten Juul

MM501 forelæsningsslides

Integralregning. Version juni Mike Vandal Auerbach

Beregning af bestemt integrale ved partiel integration og integration ved substitution:

Stamfunktion & integral

INFINITESIMALREGNING del 2 Stamfunktioner og differentialkvotienter Regneregler Optimering Taylorrækker

Michel Mandix (2017) Derfor er der behov for en række værktøjer, som kan bruges også til de vilkårlige trekanter. a b c A B C

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 17

ANALYSE 1, 2014, Uge 3

Analysens Fundamentalsætning

1 1 t ( ) x k ================= sin( x) + 4 og har graf gennem (0,2), dvs F(0) = x + k

MM501 forelæsningsslides

MM501 forelæsningsslides

Regneregler for brøker og potenser

Institut for Matematik, DTU: Gymnasieopgave. Integrationsprincippet og Keplers tønderegel

Formelsamling Mat. C & B

Lektion 5 Det bestemte integral

Integralregning. Erik Vestergaard

MATEMATISK FORMELSAMLING

Undervisningsbeskrivelse

ANALYSE 1, 2015, Uge 2

Integrationsteknikker

Simple udtryk og ligninger

b > 0 og x > 0, vil vi kalde en potensfunktion Potensfunktioner

2 Erik Vestergaard

k(k 1)(k 2)... (k n + 1) = = 12 2 = 6

Pointen med Integration

Pointen med Integration

Mat1GB Minilex. Henrik Dahl, Hold maj Definitioner 2

Eksamen Analyse 1, Juni 2015, Besvarelse 1. Opgave 1. ( ln x) q x p dx =

Lektion 6 Bogstavregning

Matematik. Kompendium i faget. Tømrerafdelingen. 1. Hovedforløb. a 2 = b 2 + c 2 2 b c cos A. cos A = b 2 + c 2 - a 2 2 b c

Matematikprojekt. Integralregning. Lavet af Arendse Morsing Gunilla Olesen Julie Slavensky Michael Hansen. 15 Oktober 2010

Trigonometri. Matematik A niveau

Kap. 3: Logaritme-, eksponential- og potensfunktioner. Differential- og integralregning.

Noget om Riemann integralet. Noter til Matematik 2

Ny Sigma 9, s Andengradsfunktioner med regneforskrift af typen y = ax + bx + c, hvor a 0.

Formelsamling Matematik C Indhold

Trigonometri. Trigonometri. Sinus og cosinus... 2 Tangens... 6 Opgaver Side 1

Arctan x = x x3 3 + x5 (En syvende berømt række er binomialrækken, [S] 8.8.) Eksempel

Regneregler. 1. Simple regler for regning med tal.

Eksponentielle Sammenhænge

ANALYSE 1, 2013, Uge 2

For så kan de to additionsformler samles i én formel, der kan ses som et specialtilfælde af den komplekse eksponentialfunktions funktionalligning,

3. Vilkårlige trekanter

Elementær Matematik. Analytisk geometri

TAL OG REGNEREGLER. Vi ser nu på opbygningen af et legeme og noterer os samtidig, at de reelle tal velkendte regneoperationer + og er et legeme.

Differentialregning. integralregning

( ) Projekt 7.17 Simpsons formel A A A. Hvad er matematik? 3 ISBN

Spil- og beslutningsteori

Lektion 7s Funktioner - supplerende eksempler

Eksamensspørgsmål: Potens-funktioner

Formelsamling til Fourieranalyse 10. udgave

Matematik A Matematik kompendium til HTX 3år

Projekt 7.8 To ligninger med to ubekendte

gudmandsen.net y = b x a Illustration 1: potensfunktioner i 5 forskellige grupper

Differential-kvotient. Produkt og marked - differential og integralregning. Regneregler. Stamfunktion. Lad f være en funktion - f.eks. f (x) = 2x 2.

Potens- sammenhænge. inkl. proportionale og omvendt proportionale variable Karsten Juul

1 Plan og rumintegraler

Bogstavregning. for gymnasiet og hf Karsten Juul. a a

Teknisk Matematik. Teknisk Matematik Formler. Preben Madsen. 8. udgave

hvor A er de ydre kræfters arbejde på systemet og Q er varmen tilført fra omgivelserne til systemet.

Projekt 6.5 Vektorers beskrivelseskraft

Geometriske egenskaber & sammenhæng - Fase 3

Elementær Matematik. Vektorer i planen

Om Riemann-integralet. Noter til Matematik 1

ALGEBRA. symbolbehandling). Der arbejdes med hjælpemiddelkompetencen,

Matematikkens sprog INTRO

Bemærkning Den dobbelte Riemannsum af en funktion f : R R er. 2 Sætning (Polært koordinatskift) For f kontinuert på det polære rektangel

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C POTENS-SAMMENHÆNG

1,0. sin(60º) 1,0 cos(60º) I stedet for cosinus til 60º og sinus til 60º skriver man cos(60º) og sin(60º).

Matematikkens mysterier - på et højt niveau. 3. Differentialligninger

Nøgleord og begreber. l Hospitals regel 2. Test l Hospitals regel. Uegentlige integraler 2. Test uegentlige integraler. Sammenligning.

Produkter af vektorer i 2 dimensioner. Peter Harremoës Niels Brock

Mere end blot lektiehjælp. Få topkarakter i din SRP. 12: Hovedafsnittene i din SRP (Redegørelse, analyse, diskussion)

9 Geodætiske kurver og Gauss-krumning

Projekt 8.4 Logaritmefunktionerne

Du kan efter ønske opfatte integralet som et Riemann-integral eller et Lebesgue-integral (idet de to er identiske på C([a, b], C) jf. Theorem 11.8.

TAL OG BOGSTAVREGNING

Det dobbelttydige trekantstilfælde

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 12

Eksamensopgave august 2009

Formelsamling Mat. C & B

Formelsamling Matematik C Indhold

Formelsamling Mat. C & B

Gymnasie-Matematik. Søren Toftegaard Olsen

Integralregning. for A-niveau i stx, udgave Karsten Juul

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe den første opgave af hvert emne over.

Implicit differentiation

Matematik B-A. Trigonometri og Geometri. Niels Junge

Erik Vestergaard Erik Vestergaard, 2009.

Michel Mandix (2010) INDHOLDSFORTEGNELSE:... 2 EN TREKANTS VINKELSUM... 3 PYTHAGORAS LÆRESÆTNING... 4 SINUSRELATIONERNE... 4 COSINUSRELATIONERNE...

, x I. kmx. Sætningen bevises ikke her. Interesserede læsere henvises til bogen: Differentialligninger og matematiske

Fremkomsten af mængdelæren. Stig Andur Pedersen

Elementær Matematik. Vektorer i planen

Integralregning. for A-niveau i stx, udgave Karsten Juul

Elementær Matematik. Lineære funktioner og Andengradspolynomiet

Elementær Matematik. Algebra Analytisk geometri Trigonometri Funktioner

Transkript:

DEN TEKNISK-NATURVIDENSKABELIGE BASISUDDANNELSE MATEMATIK INTEGRATION EFTERÅRET Integrtion ved sustitution og delvis (prtiel) integrtion Differentil- og integrlregningens hovedsætning lyder: Hvis ƒ er en funktion, der er defineret og kontinuert på et intervl I og hvis F er en stmfunktion til ƒ på dette intervl, så gælder der for ehvert og i I, t ƒ() = F() F(). () Vi emærker, t funktionen ƒ skl være kontinuert. Dette sikrer. t funktionen ƒ kn integreres,. t funktionen ƒ hr en stmfunktion F, d.v.s. en funktion med den egensk, t F () = ƒ() for ethvert I. Nogle øger ruger () som definition f det estemte integrl f funktionen ƒ på intervllet [, ]. Nøglen til sustitution i integrler er reglen om smmenst differentition (kædereglen) for funktioner f en vriel: Hvis g er en funtion, der er differentiel i et intervl med kontinuert differentilkvotient g og hvis ƒ er en funktion, der er defineret og differentiel med kontinuert differentilkvotient ƒ i et intervl, der indeholder værdimængden for g som delmængde, så gælder der, t d ƒ(g()) = ƒ (g())g (). På integrlform kommer denne identitet til t se således ud: ƒ (g())g () = ƒ(g()) + C. () Den følgende formlisme gør denne sidste formel let t huske: Sæt u = g(). Så er du = g (), hvorfor identiteten () får udseendet Sustitution i et uestemt integrl ƒ (g())g () = ƒ (u) du = ƒ (u) du = ƒ(u) + C = ƒ(g()) + C. (3) Bemærk, t konstnten C skl med, så snrt der ikke optræder noget integrl på højre side. Ld os se på et pr eksempler.

MATEMATIK INTEGRATION Eksempel : Eksempler på sustitution Bestem en stmfunktion til: () + () sin(3 ln ). () Sætter vi u = g() = +, er g () = og vi får + = () Sætter vi u = g() = 3 ln er g () = 3 sin(3 ln ) du u = ln u + C = ln( + ) + C. og vi får = 3 sin u du = 3 cos u + C = cos(3 ln ) + C. 3 Bemærk: D der kun vr spurgt om én stmfunktion, kunne vi i dette eksempel hve udeldt konstnten (konstnterne) C. Bemærk endvidere, t funtionen i () er defineret for lle reelle værdier f, mens funktionen i () kun er defineret for positive reelle værdier f. Somme tider skl der lidt omskrivning til før mn kn nvende identiteten (3): Eksempel : Bestem en stmfunktion til () cos 3 () cos. () Omskrivningen cos 3 = (cos ) cos = ( sin ) cos gør, t vi nu kn sætte u = g() = sin, hvorefter vi får g () = cos. Vi får derefter fr (3): cos 3 = ( sin ) cos = ( u ) du = u 3 u3 + C = sin 3 sin3 + C. () Vi foretger omskrivningen og finder så cos = cos cos = cos sin = cos ( + sin ) + cos ( sin ) cos = cos ( + sin ) + cos = ( sin ) ( ln + sin ln sin ) + C. Sædvnligvis omskriver mn dette sidste udtryk for stmfunktionen til f. eks. cos = ln eller til + sin +C = sin ln ( + sin ) ( + sin ) sin +C = ln + sin +C = cos cos ln +C, sec = ln sec + tn + C,

MATEMATIK INTEGRATION 3 hvis mn enytter den meriknske etegnelse sec for. cos Bemærk, t i () skl ligge i et intervl, hvor cos. Den følgende regel er en f dem, der nvendes, såfremt mn skl sustituere i et estemt integrl (den nden er Regel ). Regel Direkte sustitution i et estemt integrl Hvis funktionen g er differentiel på intervllet [, ] med en differentilkvotient g, som er kontinuert på [, ] og hvis funktionen ƒ er kontinuert på et intervl [α, β], der indeholder værdimængden Vm(g) for g som delmængde, så gælder der, t ƒ(g())g () = g() g() ƒ(u) du. (4) Kommentr : Når reglen kldes direkte sustitution skyldes det, t mn sætter u = g() og dermed reduceres integrlet på venstre side f lighedstegnet i (4) til integrlet på højre side i (4) (der så forhåentlig er lettere t regne ud end det oprindelige integrl). Det vil som regel fremgå f venstre side i (4), hvd g skl være - hvis det d er Regel mn skl enytte. Bevis: Lder vi F være en stmfunktion til ƒ på intervllet [α, β] og sætter vi H() = F(g()) for ethvert i intervllet [, ], så er H en differentiel funktion på [, ] og der gælder H () = F (g())g () = ƒ(g())g () for ethvert [, ]. Herf følger nu, t ƒ(g())g () = H () = H() H() = F(g()) F(g()) = [F(u)] g() g() = g() g() hvormed Regel er vist. Ld os se på et pr eksempler. Eksempel 3: Eksempler på direkte sustitution Bestem værdien f integrlerne (jvf. Eksempel ): () + () t sin(3 ln ) () Sætter vi u = g() = +, er g () =, g() = og g() =. Vi får derfor + = () Sætter vi u = g() = 3 ln er g () = 3 t sin(3 ln ) = 3 3 ln t du u = u ln = ln = ln( ). ƒ(u) du, og g() =, mens g(t) = 3 ln t. Vi får derfor = ( cos(3 ln t)). 3 sin u du = 3 cos u 3 ln t På smme måde som det vr tilfældet med sustitution i et uestemt integrl, skl der somme tider lidt omskrivning til før mn kn nvende Regel. Her er en nden regel som er fledt f identiteten (3):

MATEMATIK INTEGRATION 4 Regel Omvendt sustitution i et estemt integrl Hvis funktionen g er differentiel og monoton ) på intervllet [α, β] med en differentilkvotient g, som er kontinuert på [α, β] og hvis funktionen ƒ er kontinuert på intervllet [, ], der er indeholdt i værdimængden Vm(g) for g, så gælder der, t ƒ() = g () g () ƒ(g(u))g (u) du. (5) Kommentr : Når reglen kldes omvendt sustitution skyldes det, t mn sætter = g(u) og dermed reduceres integrlet på venstre side f lighedstegnet i (5) til integrlet på højre side i (5) (der så forhåentlig er lettere t regne ud end det oprindelige integrl). Mn skl ltså i modsætning til i Regel selv finde sustitutionen og i den forindelse gælder det tit om t være idé-rig. Beviset er nlogt til eviset for Regel. Eksempel 4: Eksempel på omvendt sustitution Bestem værdien f integrlet 4. Sætter vi 4 uden for kvdrtrodstegnet, kn integrlet skrives og nu kn vi sætte = sin u eller = sin u. For [, ] hr vi d, t u = rcsin, så [, ] svrer til, t u [, ]. Bemærk, t funktionen = sin u er monoton (i dette tilfælde voksende) på intervllet [, ], hvd den skl være for t nvende Regel. Vi får så 4 = 4 sin u cos u du = 4 cos u sin u u du = 4 + 4 = 4 4 =. I forindelse med udførelsen f den sidste integrtion hr vi gjort rug f den første f de to vigtige formler cos + cos u u = sin cos u u =. Ld os derefter gå over til den sidste regel reglen om delvis integrtion. ) D.v.s. enten voksende eller ftgende i hele intervllet [α, β], hvilket sikrer, t g hr en omvendt funktion g, der er defineret i Vm(g) et intervl!

MATEMATIK INTEGRATION 5 Hvis funktionerne ƒ og g er kontinuerte på et intervl og hvis F og G er stmfunktioner til henholdsvis ƒ og g, så gælder der med H = FG, t H () = (F()G()) = F ()G() + F()G () = ƒ()g() + F()g(), eller på intergrlform (efter en lille omskrivning) ƒ()g() = F()G() F()g(). (6) Bemærk, t der i formel (6) ikke optræder nogen konstnt C. Dette skyldes, t der stdig optræder et integrl på højre side i formlen, hvori konstnten C er indygget. Når dette integrl forsvinder, skl konstnten C med. Regel 3 Delvis eller prtiel integrtion i et estemt integrl Hvis funktionerne ƒ og g er kontinuerte på intervllet [, ] og hvis F og G er stmfunktioner til henholdsvis ƒ og g, så gælder der, t ƒ()g() = F()G() F()g(). (7) Bevis: Differentierer vi funktionen H = FG, får vi for ethvert [, ], t H () = F ()G() + F()G () = ƒ()g() + F()g(), hvorefter vi ved integrtion får H () = H() = F()G() = Nu er det lot t flytte lidt rundt på dette udtryk for t få (7). ƒ()g() + F()g(). Kommentr 3: Når Regel 3 hedder delvis eller prtiel integrtion, så skyldes det, t mn i første omgng kun får integreret en del f integrlet på venstre side i (7), således t mn ltså skl udføre (mindst) én integrtion mere. Hvd ngår eksempler på delvis integrtion såvel i forindelse med uestemte integrler som estemte integrler henvises til eksemplerne i Edwrds & Penney: Clculus with Anlytic Geometry, 5th ed., fsnit 9.3 (siderne 57 55). Hvd ngår yderligere eksempler i forindelse med sustitution i integrler henvises til Edwrds & Penney: Clculus with Anlytic Geometry, 5th ed., fsnit 5.7 (siderne 34 33) og fsnit 9.6 (siderne 54 546). Den. septemer / NWP