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Wie kann ich bei diesen Aufgaben die Integrale mit der Substitutionsregel berechnen?

a)  \( \int\limits_{0}^{1} \) x(x+1) dx

b) \( \int\limits_{0}^{\infty} \) sin(x) cos2(x) dx

c)  \( \int\limits_{1}^{2} \) x ln(x)dx

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Wie kann ich bei diesen Aufgaben die integrale mit der Substitutionsregel berechnen?

Steht in der Aufgabe, dass du es mit der Integration durch Substitution lösen sollst?

1a) sollte man meiner Meinung nach am besten ausmultiplizieren.

1b) kannst du gut substituieren z = cos(x)

1c) hier würde ich die partielle Integration vorschlagen.

1 Antwort

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Aloha :)

Die Aufgabenstellung ist komisch. Das einzige Integral, bei dem die Substitutionsregel sinnvoll ist, nämlich das zweite, konvergiert nicht. Beim ersten kannst du den Integranden einfach ausmultiplizieren und das letzte ist wie für partielle Integration gemacht.

Also, das erste Integral ausmultiplizieren:$$I_a=\int\limits_0^1x(x+1)dx=\int\limits_0^1(x^2+x)dx=\left[\frac{x^3}{3}+\frac{x^2}{2}\right]_0^1=\frac{1}{3}+\frac{1}{2}=\frac{5}{6}$$

Das nächste Integral konvergiert nicht:$$I_b=\int\limits_0^\infty\sin x\cos^2x\,dx=\lim\limits_{z\to\infty}\left(\int\limits_0^z\sin x\cos^2x\,dx\right)$$Substitutiere wie folgt:$$u:=\cos x\;\;;\;\;\frac{du}{dx}=-\sin x\;\;;\;\;dx=-\frac{du}{\sin x}\;\;;\;\;u(0)=1\;\;;\;\;u(z)=\cos z$$$$I_b=\lim\limits_{z\to\infty}\left(\int\limits_1^{\cos z}\sin x\cdot u^2\,\frac{-du}{\sin x}\right)=\lim\limits_{z\to\infty}\left(\int\limits_1^{\cos z}-u^2\,du\right)=\lim\limits_{z\to\infty}\left[\frac{-u^3}{3}\right]_1^{\cos z}$$$$\phantom{I_b}=\lim\limits_{z\to\infty}\left(\frac{-\cos^3z}{3}+\frac{1}{3}\right)=\frac{1}{3}\lim\limits_{z\to\infty}\left(1-\cos^3z\right)\;\to\;\text{nicht definiert}$$

Das letzte Integral machen wir partiell:

$$I_c=\int\limits_1^2\underbrace{x}_{u'}\,\underbrace{\ln x}_{v}\,dx=\left[\underbrace{\frac{x^2}{2}}_u\,\underbrace{\ln x}_v\right]_1^2-\int\limits_1^2\underbrace{\frac{x^2}{2}}_u\,\underbrace{\frac{1}{x}}_{v'}\,dx=2\ln2-\int\limits_1^2\frac{x}{2}dx$$$$\phantom{I_c}=\ln(2^2)-\left[\frac{x^2}{4}\right]_1^2=\ln4-\left(1-\frac{1}{4}\right)=\ln4-\frac{3}{4}$$

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