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Integral lösen:

\( \int \limits_{\infty}^{-\infty} \frac{-\mathrm{d} \alpha}{\left(x^{2}+y^{2}+\alpha^{2}\right)^{3 / 2}} \)

Mit welcher Methode kann man es lösen?

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Stammfunktion ist -a /   ( (x^2 + y^2) * wurzel(x^2 +y^2 +a^2 )  )

also Integral von -z bis z

-2z /  ( ( x^2+y^2) * wurzel(x^2 +y^2 +z^2 )  ) =   (  - 2 / (x^2 + y^2 )  )  *   (  z /  wurzel(x^2 +y^2 +z^2 ) )

Der zweite Bruch geht für z gegen unendlich gegen 1, alles also gegen     -2 / (x^2 + y^2 )

Avatar von 289 k 🚀
ich habe es beim zweiten Schritt leider nicht verstanden ?können sie das ein bisschen einfacher machen oder zumindestens die Methode erwähnen ??

Wo ist das Problem ?

wie man auf die Stammfunktion kommt ??

ja

ich habe es nicht verstanden

wie kann (x^2 +y^2+z^2)^3/2  gleich wie ( x2+y2) * wurzel(x2 +y2 +z2 ) ??

es fehlt z^2 in dem ersten Klammer oder?? 

Du musst doch von der gegebenen Funktion eine STAMMfunktion bilden.

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Hi, es gibt zwar schon eine Antwort, aber ich kann ja mal etwas ausführlicher formulieren. Zuerst einmal vereinfachen wir etwas: $$\int_{\infty}^{-\infty} \frac{-d \alpha}{(x^2+y^2+ \alpha^2)^{3/2}} =  \int_{-\infty}^{\infty} \frac{da}{(u^2+a^2)^{3/2}}$$ mit $$u^2 = x^2+y^2 \ .$$ Jetzt substituieren wir $$a = u \ tan (x)$$ mit $$da = u \ sec^2(x)dx \ .$$Man kann auf diese Substitution durch einige Überlegungen kommen, jedoch finde ich, dass es ziemlich schwierig ist, dies zu erkennen. Damit erhalten wir $$ \int \frac{u \ sec^2(x)dx}{u^2+u^2 tan^2(x))^{3/2}} \ .$$ Aus der Beziehung $$sin^2(x)+cos^2(x)=1$$ folgt durch Multiplikation mit $$\frac{u^2}{cos^2(x)}$$ der Ausdruck $$u^2tan^2(x)+u^2=u^2sec^2(x)$$ (deswegen die Substitution :P). Dies eingesetzt in unser Integral liefert: $$ \int_{-\infty}^{\infty} \frac{u \ sec^2(x)dx}{(u^2sec^2(x))^{3/2}} = \frac{1}{u^2} \int_{-\infty}^{\infty} cos(x)dx \ .$$

Der Rest ist nur noch integrieren, resubstituieren und Grenzen auswerten.

Avatar von 1,6 k
wie kommen wir auf  a = tanx u ?????

Ist halt wie gesagt langjährige Erfahrung mit Integralen. Man möchte irgendwie substituieren, sodass im Zähler das gleiche steht wie im Nenner, damit sich durch Kürzen der Bruch vereinfacht. Eine Art einfachen Weg, wie man auf diese Substitution kommt, gibt es wohl nicht.

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