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Aufgabe:

10-(5-x2)0,5


Problem/Ansatz:

Hier kann ich doch nicht die lineare Substitution anwenden, da in der Klammer eine quadratische Funktion steht. Kann mir jemand die anderen Verfahren verständlich erklären?

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Zerlege das Integral in 2 Integrale.(1. Integral ist klar)

Ansatz für das 2. Integral:

∫ √(5 -x^2) dx

x = √5 *sin(t) ->gemäß Tabelle

dx/dt= √5 *cos(t)

dx= √5 *cos(t) *dt  ------>in das Intergal einsetzen:

=∫ √(5 -5 sin^2(t)) * √5 cos(t) dt

=∫ √(5(1- sin^2(t)) * √5 cos(t) dt

= 5∫ (√(1- sin^2(t))  cos(t) dt

allgemein : cos^2(t) +sin^2(t)=1

----->

=5 ∫ cos^2(t) dt

dann weiter mit :

cos^2(t) = 1/2(cos(2t) +1) oder partiell integrieren.

Avatar von 121 k 🚀

Gemäß welcher Tabelle?

z.B. im Taschenbuch H.J.Bartsch Mathematische Formeln für Ing. und Naturwissenschaftler

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Avatar von 81 k 🚀

Die Erklärungen sind dort nicht verständlich

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Aloha :)

$$F(x)=\int\left(10-\sqrt{5-x^2}\right)\,dx=10x-\int\sqrt{5-x^2}\,dx$$Wir können uns auf die Berechnung des "Wurzel-Integrals" beschränkren. Mit der Substituion$$x(u)=\sqrt5\cdot\sin u\quad;\quad\frac{dx}{du}=\sqrt5\cdot\cos u$$erhalten wir:

$$\int\sqrt{5-x^2}\,dx=\int\sqrt{5-x^2}\,\frac{dx}{du}\,du=\int\sqrt{5-(\sqrt5\cdot\sin u)^2}\cdot\sqrt5\cdot\cos u\,du$$$$\phantom{\int\sqrt{5-x^2}\,dx}=\int\sqrt{5-5\sin^2u}\cdot\sqrt5\cdot\cos u\,du=\int\sqrt{5\cos^2u}\cdot\sqrt5\cdot\cos u\,du$$$$\phantom{\int\sqrt{5-x^2}\,dx}=5\int\cos^2u\,du=5\int\frac{1+\cos(2u)}{2}\,du=\frac{5}{2}\left(u+\frac{1}{2}\sin(2u)\right)$$$$\phantom{\int\sqrt{5-x^2}\,dx}=\frac{5}{2}\left(u+\sin u\cos u\right)=\frac{5}{2}\left(u+\sin u\sqrt{1-\sin^2u}\right)$$Wir substituieren mit \(\sin u=\frac{x}{\sqrt5}\) zurück:$$\phantom{\int\sqrt{5-x^2}\,dx}=\frac{5}{2}\left(\arcsin\left(\frac{x}{\sqrt5}\right)+\frac{x}{\sqrt5}\sqrt{1-\frac{x^2}{5}}\right)$$$$\phantom{\int\sqrt{5-x^2}\,dx}=\frac{1}{2}\left(5\arcsin\left(\frac{x}{\sqrt5}\right)+x\sqrt{5-x^2}\right)$$und bauen am Ende alles zusammen:$$F(x)=10x-\frac{x}{2}\sqrt{5-x^2}-\frac{5}{2}\arcsin\left(\frac{x}{\sqrt5}\right)+\text{const.}$$

Avatar von 152 k 🚀

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