Integrationsfrage die 2

Hallo zusammen

Wäre dankbar für einen Tipp oder Hinweis bezüglich der Berechnung des folgenden Integrals:

\int \frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}

Die Lösung sollte sein:

2e^{\sqrt{x}}+C

Soweit klar ist mir, dass:

e^{\sqrt{x}}

bleibt. Jedoch ist mir nicht klar wie komme ich zur 2 und warum ist die Wurzel im Exponent?

Ähnlich ist es bei:

\int \frac{1}{\sqrt{x}}

Die Lösung sollte sein:

2\sqrt{x}+C

Auch hier ist wieder die 2?? Jedoch ohne Wurzel.

Kann mir jemand Tipps geben wie ich diese beiden Integrale berechnen muss (welche Regel anwenden?

Herzlichen Dank und Grüsse
Bruno

Hallo Bruno

Erstmal das erste Integral

\int \frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}} dx

Das dx nicht vergessen!
Anwendung der Substitutionsregel:

z=\sqrt{x}

und somit

\frac{dz}{dx} = \frac{1}{2}x^{\frac{1}{2}}

bzw.

dx=2 \sqrt{x} dz

Ah, da ist ja eine 2

Einsetzen in das Integral

\int \frac{e^{z}}{\sqrt{x}} 2 \sqrt{x} dz

Bischen Sortieren und wegkürzen

2 \int e^{z} dz = 2 e^z+C = 2 e^{\sqrt{x}}+C

Alles klar?

\int \frac {1}{\sqrt {x}} dx = \int x^{-\frac{1}{2}} dx

Allgemeine Formel

\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}

Alles klar

Gruss

Ratz

Hallo Bruno,

die zweite Frage ist einfacher zu lösen (nicht das dx vergessen):

\int \frac{1}{\sqrt{x}}, dx

=\int x^{-\frac{1}{2}},dx
=\frac{1}{\left(-\frac{1}{2}+1\right)}\cdot x^{-\frac{1}{2}+1}
=\frac{1}{;\frac{1}{2},}\cdot x^{\frac{1}{2}} = 2\sqrt{x}.

Das zweite ist etwas komplizierter:

\int \frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}},dx

Die erste Möglichkeit ist „gezieltes Raten“:
Du weißt, dass sich die e-Funktion beim Ableiten nur wenig ändert, also probierst Du mal, diejenige e-Funktion abzuleiten, die sich in Deinem Integral findet:

\frac{d\left(e^{\sqrt{x}}\right)}{dx}
=\frac{d\left(e^{\sqrt{x}}\right)}{d\sqrt{x}}\cdot\frac{d\sqrt{x}}{dx}
=e^{\sqrt{x}}\cdot\frac{1}{2\sqrt{x}}
=\frac{1}{2}\frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}.

Das sieht ja schon fast so aus wie der Ausdruck, von dem Du die Stammfunktion suchst - nur der Faktor stört noch. Den musst Du durch eine 2 ausgleichen, denn

\frac{d\left(2\cdot e^{\sqrt{x}}\right)}{dx}
= 2\cdot\frac{d\left(e^{\sqrt{x}}\right)}{dx}
=2\cdot\frac{1}{2}\frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}
=\frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}}.

Also ist

\int\frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}},dx=2e^{\sqrt{x}}.

Natürlich geht das auch ohne Raten, und zwar mit der Substitutionsregel für Integrale. Da die Wurzel im Exponenten der e-Funktion uns am Integrieren hindert, substituieren wir diese einfach:

z:=\sqrt{x}.

Nun brauchen wir auch noch einen Ausdruck für dx, und dazu berechnen wir

\frac{dz}{dx}=\frac{1}{2\sqrt{x}}
\leftrightarrow dx=2\sqrt{x},dz = 2z,dz.

Nun geht das Integrieren ganz einfach:

\int\frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}},dx
=\int\frac{e^z}{z}\cdot2z,dz
=\int2e^z,dz
=2e^z
=2e^{\sqrt{x}}.

Liebe Grüße
Immo

Tschuldigung, Integrationskonstante vergessen.
Also jeweils + C hinter die Lösungen.

Hallo Immo

Danke dir für die gute und ausführliche Erklärung. Ich konnte es nachvollziehen und es ist für mich auch einleuchtend. Eine Frage habe ich aber noch, was mehr eine Verständnisfrage für mich ist:

Am Schluss schreibst Du:

\int 2e^zdz = 2e^z

dz ist plötzlich weg.

Ist das deshalb da dz in der Zeile:

\frac {dz} {dx} = \frac {1}{2\sqrt{x}}

für 1 steht?

Herzliche Grüsse
Bruno

Neinnein, nicht nur das dz ist plötzlich weg, sondern auch das Integralzeichen.

Warum? Nun, was ist denn die Stammfunktion von ez? Daoch wohl ez selbst, und daran ändert sich auch nichts, wenn man noch eine 2 davor schreibt. Und Integral heißt ja nichts weiter als: „Finde die Stammfunktion!“
Nun kann man entweder einige Stammfunktionen auswendig kennen (Integral ez = ez gehört auf jeden Fall dazu), oder man weiß eben, dass sich an der e-Funktion beim Ableiten nichts ändert, dann ändert sich auch beim „Aufleiten“ nichts.

Liebe Grüße
Immo