Integration durch Substitution/ partielle?

Liebe www’ler,

ich besuche momentan die 12. Klasse und beschäftige mich außerhalb des Lehrstoffes mit der Partiellen Integration und der Integration durch Substitution.
Ich verstehe bereits, wie das Verfahren abläuft und wann man es anwendet. Ich verstehe nur noch nicht genau, wie man die Grenzen berücksichtigt:

Substitution:

\int_{0}^3 (x^{2}+1)\cdot2x\ dx

Erstmal prüfe ich, ob der erste Faktor die Ableitung des zweiten Faktors ist oder andersrum (ich weiß, dass es noch mehr Regeln gibt, aber diese hier ist am gängigsten).

(x^{2}+1)’=2x

Also substituiere ich:

(x^2+1)=z

und somit auch dx:

dx=\frac{dz}{(x^2+1)’}=\frac{dz}{2x}

Es ergibt sich also folgende Gleichung:

\int_{0}^3 2x\cdot \frac {dz}{2x} \cdot z=\int_{0}^3 z\cdot dz

Was muss jedoch als nächstes machen? Eventuell folgendes?:

\int z\cdot dz=\frac{z^2}{2}

Nun z wieder rücksubstituieren:

\frac {(x^2+1)}{2}

Und nun Obere Grenze - untere Grenze

\frac{3^2+1}{2}\ -\ \frac {0^2+1}{2}=49,5

Ist das richtig so oder habe ich einen Denkfehler gemacht?

Mit der Partiellen Integration habe ich noch meine Schwierigkeiten.

Ich kenne zwar die Formel:

\int f_(x)\cdot g_(x)= F_(x) \cdot g(x) - \int F_(x) \cdot g’(x)

Die Beispiele, die ich jedoch finde, besitzen immer eine e-Funktion.
Und da sowohl die Aufleitung als auch die Ableitung wieder die e-Funktion ist, weiß ich nicht genau, wie es bei Aufgaben ist, die ungefähr wie das Beispiel bei der Integration durch Substitution sind.

Wäre nett, wenn mir jemand ein gutes Beispiel nennen könnte und evtl. sogar löst und mit Schritten kennzeichnet, damit ich mir die Struktur besser merken kann.

Vielen Dank im Voraus.

LG

TS

moin;

du musst die Grenzen ebenfalls anpassen. Die allgemeine Formel lautet (ich nehme an, du kommst mit der Schreibweise klar, wenn nicht, kannst du ja nachhaken)

\int_a^bf(g(x))g’(x) dx = \int_{g(a)}^{g(b)}f(z) dz

Natürlich kannst du auch zurücksubstituieren, dann hast du das Problem nicht mehr. Allerdings hast du dort ebenfalls einen Fehler gemacht.

mfG

Integration durch Ausmultiplizieren
Nur, damit du es nicht immer mit umständlicher Substitution machst:

\int_{0}^3 (x^{2}+1)\cdot2x\ dx = \int_0^3(2x^3+2x)dx = \int_0^32x^3dx+\int_0^32xdx

Der Rest dürfte klar sein…

Mein Tipp zur Substitution:
Ich integriere dabei erst ohne Grenzen, die setze ich dann wieder ein, wenn ich die Stammfunktion in Abhängigkeit von x habe.

Und da sowohl die Aufleitung als auch die Ableitung

Bitte: Integral oder auch Stammfunktion. Aber nicht Aufleitung…

mfg,
Ché Netzer

Moin,

Und da sowohl die Aufleitung als auch die Ableitung

Bitte: Integral oder auch Stammfunktion. Aber nicht
Aufleitung…

JA!, nur ist der Begriff lokal üblich, ich glaube es war in NRW, dort habe ich ihn sogar in einem (älterem )Schulbuch gefunden, wenn ich das noch zeitlich richtig zuordnen kann.

Nun ist Wiki nicht der Inbegriff des Allwissens, dort wird aber auch im ersten Absatz darauf hingewiesen, dass der Begriff genutzt wird, allerdings außerhalb der wissenschafltichen Literatur.

Das Gemeine ist, die Schüler werden in Büchern und Lexika zu diesem Begriff kaum etwas finden.

mfg,
Ché Netzer

Moin,

JA!, nur ist der Begriff lokal üblich, ich glaube es war in
NRW,

ich habe in NW die Schulbank gedrückt und mir ist dieser Begriff dereinst nie vorgesetzt worden.

Ich hab da eher den Süden der Republik in Verdacht, aber das ist reines Bauchgefühl.

Gandalf

Tja,

ich weiß es nicht mehr, ich bin in den letzten zehn Jahren zu oft umgezogen.

Wir hatten aber diese Diskussion schon mal, aber jetzt habe ich weder Zeit noch Lust das Archiv zu durchforsten, obwohl es ja jetzt übersichtlicher ist .

Einen schönen Tag noch,

Gruß Volker

Hallo Che Netzer,

Es ist mir schon bewusst, dass man hier lieber ausmultiplizieren sollte und das Aufleitung eher die Schülersprache ist (komme übrigens aus SH).

Ich habe nur ein leichtes Beispiel genommen, um einfach das Prinzip richtigzustellen.

wenn ich die Stammfunktion in Abhängigkeit von x habe.

Die da wäre?

Bzw. wo ist der Fehler bei mir?

LG

TS

wenn ich die Stammfunktion in Abhängigkeit von x habe.

Die da wäre?

Bzw. wo ist der Fehler bei mir?

Von einem Fehler habe ich nichts gesagt.
Aber wie du ein unbestimmtes Integral berechnest, weißt du, oder?
Danach rücksubstituieren und die Grenzen einsetzen.

mfg,
Ché Netzer

Aber wie du ein unbestimmtes Integral berechnest, weißt du, oder?

Ich dachte, dass ich das gemacht habe, indem ich einen Faktor substituiert habe und dann noch das Differential dx substituiert habe, anschließend das Integral berechnet habe und dann z wieder rücksubstituiert habe und dann die Grenzen eingesetzt.

Oder nicht? :S

LG

TS

Aber wie du ein unbestimmtes Integral berechnest, weißt du, oder?

Ich dachte, dass ich das gemacht habe, indem ich einen Faktor
substituiert habe und dann noch das Differential dx
substituiert habe, anschließend das Integral berechnet habe
und dann z wieder rücksubstituiert habe und dann die Grenzen
eingesetzt.

Hm…
Ja, eigentlich schon :smile:
Aber bei der Substitution werden oft auch die Grenzen mitsubstituiert. Gefällt mir gar nicht…

mfg,
Ché Netzer

JA!, nur ist der Begriff lokal üblich, ich glaube es war in
NRW,

ich habe in NW die Schulbank gedrückt und mir ist dieser
Begriff dereinst nie vorgesetzt worden.

Ich hab da eher den Süden der Republik in Verdacht, aber das
ist reines Bauchgefühl.

Bei uns (Berlin) hat sogar jemand ein „aufgelitten“ fertiggebracht…
Allerdings ist das hier auch nur unter einigen Schülern verbreitet.

mfg,
Ché Netzer

Ja, eigentlich schon :smile:
Aber bei der Substitution werden oft auch die Grenzen mitsubstituiert. :Gefällt mir gar nicht…

Versteh ich nicht? xD
Was empfiehlst du mir denn zu tun? Substitution verhindern oder was?
Tut mir Leid, aber ist etwas verwirrend^^

LG

TS

Was empfiehlst du mir denn zu tun? Substitution verhindern
oder was?

Im Prinzip das, was du schon gemacht hast und was ich schon erklärt habe:
Grenzen weglassen, (substituieren,) Stammfunktion bilden, (rücksubstituieren,) Grenzen einsetzen

mfg,
Ché Netzer

Grenzen weglassen, (substituieren,) Stammfunktion bilden, :frowning:rücksubstituieren,) Grenzen einsetzen

Ok, Danke. Jetzt ist es wieder verständlich :wink:

Könntest du mir eventuell noch etwas zur partiellen Integration sagen?

Wann ist es besser diese zu benutzen als die Substitution. Und/Oder eine Beispielaufgabe ohne e^x, die ich versuchen könnte zu lösen und fragen könnte, ob das richtig ist?

LG

TS

Wann ist es besser diese zu benutzen als die Substitution.
Und/Oder eine Beispielaufgabe ohne e^x, die ich versuchen
könnte zu lösen und fragen könnte, ob das richtig ist?

Substitution: Wenn man irgendwo etwas ungemütliches zu stehen hat und/oder die Ableitung im Integral gebrauchen könnte.

partielle Integration: Wenn man von einem der Faktoren schon die Stammfunktion kennt.

Beispielaufgabe: Integral von ln(x) (= 1*ln(x))
Und: sin(x)cos(x) (Tipp: „das Integral rüberziehen“)

mfg,
Ché Netzer

partielle Integration: Wenn man von einem der Faktoren schon die :Stammfunktion kennt.

Da das Bilden der Stammfunktionen als auch das differenzieren bei jeder Funktion möglich ist, ist doch immer eine „Stammfunktion“ gegeben. :S

Dachte bei der Beispielaufgabe eher an eine ganzrationale Funktion. Aber war mein Fehler - tut mir Leid.

Also:

\int 1\cdot ln_(x)

Prüfen, welcher Ausdruck das Integral vereinfacht:

\int x\cdot \frac {1}{x}=1

\int x\cdot lnx - x

  1. ist einfacher.

Nun in Formel einsetzen:

\int 1\cdot lnx=x\cdot lnx - \int 1= x\cdot lnx -x

Ist das so richtig oder hab ich einen Fehler gemacht?

Da das Bilden der Stammfunktionen als auch das differenzieren
bei jeder Funktion möglich ist, ist doch immer eine
„Stammfunktion“ gegeben. :S

Wenn du - wie in der Aufgabe von mir - eine Stammfunktion bestimmen möchtest, kannst du die natürlich nicht bei der Berechnung benutzen.
Wenn du wissen willst, was das Integral von ln(x) ist, dann darfst dieses Integral bei der Berechnung nicht benutzen.

Außerdem kann man keineswegs jede Funktion differenzieren oder integrieren.
Was wäre denn bei dir die Ableitung von |x| im Nullpunkt? Oder das Integral der Dirichlet-Funktion (D(x)=1 für rationale x, 0 für irrationale, oder umgekehrt, spielt kaum eine ROlle)?

Dachte bei der Beispielaufgabe eher an eine ganzrationale
Funktion. Aber war mein Fehler - tut mir Leid.

Ganzrationale Funktionen würde ich aber doch nicht durch partielle Integration … integrieren.

Also:

\int 1\cdot ln_(x)

Prüfen, welcher Ausdruck das Integral vereinfacht:

\int x\cdot \frac {1}{x}=1

\int x\cdot lnx - x

  1. kannst du gar nicht bilden. Dort benutzt du schon das Integral von ln(x), das du aber erst bestimmen möchtest.

\int 1\cdot lnx=x\cdot lnx - \int 1= x\cdot lnx -x

Ist das so richtig oder hab ich einen Fehler gemacht?

Nur die Differentiale fehlen, ansonsten stimmt das.

mfg,
Ché Netzer

Ok - Vielen Dank für deine Hilfe. :smile:

Was wäre denn bei dir die Ableitung von |x| im Nullpunkt? Oder das :Integral der Dirichlet-Funktion (D(x)=1 für rationale x, 0 für :irrationale, oder umgekehrt, spielt kaum eine ROlle)?

Mit solchen Funktionen habe ich noch keine Begegnung gemacht. Sorry^^

Ganzrationale Funktionen würde ich aber doch nicht durch partielle :Integration … integrieren.

Und wieder mein Fehler… Dachte da eher an das Produkt zweier ganzrationaler Funktionen wie z.B.: (sorry bin mit den ganzen Begriffen nicht so genau vertraut)

\int(x^{17}+x^{13}+x^2-33)\cdot (x^6+ x^3+x^2+20)

Dachte evtl. bei sowas benutzt man auch irgendwie die partielle Integration oder Substitution. :S