Integrace pomocí substituce. Obsah. 1. Úvod 2 2. Integrace substitucí u = ax + b Nalezení. f(g(x)) g (x) dx pomocí substituce u = g(x) 6

Podobné dokumenty
odvodit vzorec pro integraci per partes integrovat sou in dvou funkcí pouºitím metody per partes Obsah 2. Odvození vzorce pro integraci per partes

Text m ºe být postupn upravován a dopl ován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na staºení souboru. Veronika Sobotíková

Ur itý integrál. Úvod. Denice ur itého integrálu

Integrování jako opak derivování

e²ení systém lineárních rovnic pomocí s ítací, dosazovací a srovnávací metody

Limity funkcí v nevlastních bodech. Obsah

Vnit ní síly ve 2D - p íklad 2

Derivování sloºené funkce

matematika vás má it naupravidl

Skalární sou in. Úvod. Denice skalárního sou inu

7 Algebraické a nealgebraické rovnice a nerovnice v C. Numerické e²ení rovnic

LINEÁRNÍ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 2.ŘÁDU

TROJÚHELNÍK. JAN MALÝ UK v Praze a UJEP v Ústí n. L. sin α = b a.

Pr b h funkce I. Obsah. Maxima a minima funkce

Text m ºe být postupn upravován a dopl ován. Datum poslední úpravy najdete u odkazu na staºení souboru. Veronika Sobotíková

Vektory. Vektorové veli iny

Sbírka p íklad z analýzy funkcí více prom nných

Vektor náhodných veli in - práce s více prom nnými

Nevlastní integrál. Úvod. Dosud jsme se zabývali Riemannovým integrálem, který je denován pro ohrani enou funkci

Binární operace. Úvod. Pomocný text

Konzultace z předmětu MATEMATIKA pro první ročník dálkového studia

Státní maturita 2010 Maturitní generálka 2010 Matematika: didaktický test - základní úrove obtíºnosti MAGZD10C0T01 e²ené p íklady

MATEMATICKÁ ANALÝZA II

Logaritmické rovnice I

Zápo tová písemná práce. 1 z p edm tu 01MAB4 varianta A

Seriál XXVII.III Aplikační

Rovnice a nerovnice. Posloupnosti.

Matematika II: Pracovní listy Integrální počet funkce jedné reálné proměnné

Post ehy a materiály k výuce celku Funkce

1 Spo jité náhodné veli iny

x + F F x F (x, f(x)).

Matematika II: Testy

Matematická analýza KMA/MA2I Dvojný integrál

2.1 - ( ) ( ) (020201) [ ] [ ]

Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, můžeme při výpočtu určitých integrálů ze složitějších funkcí postupovat v zásadě dvěma způsoby:

Automaty a gramatiky

Přehled základních vzorců pro Matematiku 2 1

( ) ( ) ( ) Exponenciální rovnice Řeš v R rovnici: = ŘEŠENÍ: Postup z předešlého výpočtu doplníme využitím dalšího vztahu: ( ) t s t

2. Ur íme sudost/lichost funkce a pr se íky s osami. 6. Na záv r na rtneme graf vy²et ované funkce. 8x. x 2 +4

1. Spo t te limity (m ºete pouºívat l'hospitalovo pravidlo) x cotg x 1. c) lim. g) lim e x 1. cos(x) =

VYBRANÉ APLIKACE RIEMANNOVA INTEGRÁLU I. OBSAH A DÉLKA. (f(x) g(x)) dx.

ízení Tvorba kritéria 2. prosince 2014

Modelování v elektrotechnice

Souhrn základních výpočetních postupů v Excelu probíraných v AVT listopad r r. . b = A

Matematika 1A. PetrSalačaJiříHozman Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Technická univerzita v Liberci

Testy pro více veli in

P íklad 1 (Náhodná veli ina)

Státní maturita 2010 Maturitní generálka 2010 Matematika: didaktický test - vy²²í úrove obtíºnosti MAGVD10C0T01 e²ené p íklady

DERIVACE A INTEGRÁLY VE FYZICE

Křivkový integrál prvního druhu verze 1.0

T i hlavní v ty pravd podobnosti

ZÁKLADY MATEMATIKY SÉRIE: URƒITÝ INTEGRÁL, APLIKACE

URČITÝ INTEGRÁL FUNKCE

Cvi ení 1. Modelování systém a proces. Mgr. Lucie Kárná, PhD. March 2, Organizace cvi ení 2 Matlab Za ínáme Základní operace Základní funkce

Cvi ení 1. Cvi ení 1. Modelování systém a proces. Mgr. Lucie Kárná, PhD. March 2, 2018

ŘEŠENÍ JEDNODUCHÝCH LOGARITMICKÝCH ROVNIC. Řešme na množině reálných čísel rovnice: log 5. 3 log x. log

Jméno: P íjmení: Datum: 17. ledna 2018 Nechci zápo et p i hodnocení niº²ím neº (nezávazné): vadí mi vystavení mého hodnocení na internetu.

Vzorové e²ení 4. série

Reálná ísla a posloupnosti Jan Malý

Zkou²ková písemná práce. 1 z p edm tu 01MAB4

Jsou to rovnice, které obsahují neznámou nebo výraz s neznámou jako argument logaritmické funkce.

Státnice - Rekurzivní a rekurzivn spo etné mnoºiny

Pravd podobnost a statistika - cvi ení. Simona Domesová místnost: RA310 (budova CPIT) web:

Přijímací test studijních předpokladů

I. VRSTEVNICE FUNKCE, OTEV ENÉ A UZAV ENÉ MNOšINY

Obecně: K dané funkci f hledáme funkci ϕ z dané množiny funkcí M, pro kterou v daných bodech x 0 < x 1 <... < x n. (δ ij... Kroneckerovo delta) (4)

NMAF061, ZS Písemná část zkoušky 25. leden 2018

4. cvičení z Matematiky 2

je parciální derivace funkce f v bodě a podle druhé proměnné (obvykle říkáme proměnné

1. (18 bod ) Náhodná veli ina X je po et rub p i 400 nezávislých hodech mincí. a) Pomocí ƒeby²evovy nerovnosti odhadn te pravd podobnost

Matematika pro ekonomy MATEMATIKA PRO EKONOMY

3 Algebraické výrazy. 3.1 Mnohočleny Mnohočleny jsou zvláštním případem výrazů. Mnohočlen (polynom) proměnné je výraz tvaru

14. cvičení z Matematické analýzy 2

1 Matematické základy teorie obvodů

e²ení 4. série Binární operace

Matematická logika cvi ení 47

10 je 0,1; nebo taky, že 256

8. cvičení z Matematiky 2

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

R n výběr reprezentantů. Řekneme, že funkce f je Riemannovsky integrovatelná na

3. ROVNICE A NEROVNICE Lineární rovnice Kvadratické rovnice Rovnice s absolutní hodnotou Iracionální rovnice 90

P íklady k procvi ení znalostí na písemnou ást bakalá ské státní zkoušky. Elektrické obvody:

2. Funkční řady Studijní text. V předcházející kapitole jsme uvažovali řady, jejichž členy byla reálná čísla. Nyní se budeme zabývat studiem

e²ení testu 1 P íklad 1 v 1 u 1 u 2 v 2 Mechanika a kontinuum NAFY listopadu 2016

Limity, derivace a integrály Tomáš Bárta, Radek Erban

2 Fyzikální a geometrické úlohy varia ního typu Hamiltonova-Jacobiho rovnice... 46

e²ení 1. série Úvodní gulá²

e²ení 3. série Hrátky s t lesy

ANALYTICKÁ GEOMETRIE

P íklady k prvnímu testu - Scilab

c sin Příklad 2 : v trojúhelníku ABC platí : a = 11,6 dm, c = 9 dm, α = Vypočtěte stranu b a zbývající úhly.

Úlohy školní klauzurní části I. kola kategorie C

ZÁKLADY. y 1 + y 2 dx a. kde y je hledanou funkcí proměnné x.

ST2 - Cvi ení 1 STATISTICKÁ INDUKCE

Zápo tová písemná práce. 1 z p edm tu 01MAB3 varianta A

Téma 9 Těžiště Těžiště rovinných čar Těžiště jednoduchých rovinných obrazců Těžiště složených rovinných obrazců

vás seznámí s učivem, které v dané kapitole poznáte a které byste po jejím prostudování měli umět.

Základní zapojení operačních zesilovačů

Prezentace. Ing. Petr V elák 6. b ezna 2009

II. 5. Aplikace integrálního počtu

Transkript:

Integrce pomocí sbstitce Existjí p ípdy, kdy je moºné vypo ítt zdánliv t ºké integrály pokd nejprve provedeme sbstitci. To má z následek zm n prom nné integrnd v p ípd r itých integrál se zm ní i jejich meze. V tomto leták se setkáme s n kolik p íkldy integrál, kterých je vhodné poºít sbstitci. Z ú elem zvládntí zde vysv tlené metody je d leºité projít mnoh prktickými cvi eními, by se tto metod stl n²í drho p irozeností. Po p e tení tohoto text, shlédntí p ísl²ného vide sovisejícího s tímto témtem, bychom m li být schopni: provád t integrci pomocí sbstitce nlézt vhodno sbstitci z ú elem vypo tení integrál Obsh. Úvod. Integrce sbstitcí = x + b. Nlezení f(g(x)) g (x) pomocí sbstitce = g(x) 6 http://mthstt.econ.mni.cz/ Mtemtik III. kpitol

Mth & Stts I Úvod Dovednost zvládno integrci pomocí sbstitce je schopnost, která se vyvíjí so sn s prxí zk²eností. Z tohoto d vod bychom m li projít v²emi prktickými cvi eními. Uv domme si, ºe n kdy zdánliv rozmná sbstitce nevede k integrál, který jsme schopni vypo ítt. Msíme proto být p iprveni vyzko²et lterntivní sbstitce. II Integrce pomocí sbstitce = x + b P edstvme technik n jednodchých p íkldech, pro které je vhodná lineární sbstitce. P íkld. P edpokládejme, ºe chceme vypo ítt integrál (x + 4) 5 () Jiº jsme obeznámeni s podobným integrálem 5 d víme, ºe se tento integrál rovná 6 + c, kde c je integr ní konstnt. To protoºe víme, ºe prvidlo pro integrování mocnin 6 prom nných nám íká, bychom zvý²ili exponent o poté tto prom nno vyd lili nov vzniklým exponentem. Integrál dný rovnicí () je tké n páto, le integrnd je více komplikovný kv li p ítomnosti výrz x + 4. Pro vy e²ení tohoto problém poºijeme sbstitci = x + 4. D láme to proto, bychom zm nili integrnd n mnohem jednod²²í 5. Nicmén se msíme postrt o to, bychom vhodn nhrdili i výrz. V e i diferenciál máme Nyní, protoºe v n²em p ípd je = x + 4, okmºit dostáváme, ºe tedy. Tkºe sbstitcí z x + 4 v rovnici () obdrºíme (x + 4) 5 = 5 d Výsledný integrál m ºe být okmºit vypo ítán dává výsledek 6 + c. M ºeme se vrátit k 6 výrz obshjící p vodní prom nno x v dom ním si, ºe = x + 4, pk dostneme (x + 4) 5 (x + 4)6 = + c 6 Tímto jsme dokon ili integrci pomocí sbstitce. P íkld. P edpokládejme, ºe si p ejeme nlézt integrál cos(x + 4) () V²imn me si, ºe pokd nhrdíme z = x+4, potom bde integrnd obshovt mnohem jednod²²í podob cos, coº jsme schopni zintegrovt. Hndot Mtemtik

Mth & Stts tedy Stejn jko p edtím následje s = x + 4 = d = Tkºe sbstitcí z x + 4 s = d v rovnici () máme cos(x + 4) = cos() d = sin() + c M ºeme se vrátit k výrz obshjící p vodní prom nno x zp tným doszením z = x+4, tj. cos(x + 4) = sin(x + 4) + c Tímto jsme dokon ili integrci pomocí sbstitce. Je velice jednodché zobecnit výsledek p ede²lého p íkld. Chceme-li nlézt integrál fnkce cos(x + b) podle x, pk sbstitce = x + b vede k cos() d, coº je rovno sin() + c po návrt k sbstitci sin(x + b) + c. Podobný rgment, který bychom m li vyzko²et, kzje, ºe sin(x + b) = cos(x + b) + c. Poznámk. sin(x + b) = cos(x + b) + c P íkld. P edpokládejme, ºe chceme nlézt x. cos(x + b) = sin(x + b) + c Provedeme sbstitci = x z ú elem zjednod²ení integrnd n. P ipome me si, ºe integrál fnkce, vzhledem k, je p irozený logritms, tj. ln. Stejn jko d íve tedy Potom d s = x = = Hndot Mtemtik

Mth & Stts Integrál se zm ní n ( ) d = d = ln + c = ln x + c Výsledek p ede²lého p íkld lze zobecnit: chceme-li nlézt, pk poºití sbstitce x+b = x + b vede k d coº je rovno ln x + b + c. To znmená, ºe pokd elíme np íkld integrál, m ºeme okmºit npst odpov ve tvr ln x + 7 + c. x+7 Poznámk. x + b = ln x + b + c Troch více msíme dávt pozor, kdyº prcjeme s mezemi r itých integrál. Uvºjme následjící p íkld. P íkld. P edpokládejme, ºe hledáme (9 + x) Provedeme sbstitci = 9 + x stejn jko d íve tedy Pk následje Integrál se zm ní n s = 9 + x d = = x= x= d zd rzn me, ºe jsme meze integrál zpsli jko hodnoty prom nné x nikoli. Tyto meze m ºeme zpst jko hodnoty poºitím sbstitce = 9 + x. P esn, pro x = je = 0 pro x = je =. Tedy Hndot 4 Mtemtik

Mth & Stts = =0 [ ] 0 = ( 0 ) = 78 V²imn me si, ºe v tomto p ípd není ntné p evád t výsledek z nzp t do p vodní prom nné x. Je to proto, ºe jsme p evedli meze integrál z p vodní prom nné x do nové prom nné. Cvi ení.. V kºdém p ípd poºijte sbstitci k nlezení integrál: () (x ) (b) (x + 0 5)4 (c) (x ) 7 (d) ( x).. V kºdém p ípd poºijte sbstitci k nlezení integrál: () sin(7x ) (b) e x (c) π 0 cos( x) (d) 7x+5. P íkld. P edpokládejme, ºe chceme nlézt integrál x + x () V tomto p íkld provedeme sbstitci = +x z ú elem zjednod²ení rgment drhé odmocniny. M ºeme vid t, ºe o zbytek integrnd x se tomticky postrá proces sbstitce, protoºe výrz x je derivcí n²í sbstitce, tj. fnkce = + x. tedy Potom Stejn jko d íve = + x d = x = x Tkºe sbstitcí z + x x = d v rovnici () obdrºíme x + x = d = d = + c Hndot 5 Mtemtik

Mth & Stts M ºeme se vrátit k vyjád ení obshjící p vodní prom nno x zp tným doszením = + x, coº nám dává x + x = ( + x ) + c Tímto jsme dokon ili integrci pomocí sbstitce. Poj me znlyzovt tento p íkld troch více srovnáním integrnd s obecným p ípdem f(g(x)) g (x). P edpokládejme, ºe zpí²eme g(x) = + x f() = Potom ozn me sloºením fnkcí f g fnkci f(g(x)) = + x. Dále pokd ozn íme g(x) = + x pk g (x) = x. Tedy integrál x + x je ve tvr f(g(x)) g (x) Aby bylo moºné provést integrci, poºijeme sbstitci = + x. V tomto obecném p ípd by bylo vhodné se poksit poloºit = g(x). Potom ( d ) = g (x). Po provedení sbstitce se výsledný integrál stává integrálem d v obecném p ípd f() d. Z p edpokld, ºe lze nlézt tento kone ný integrál, je problém vy e²en. Pro srovnání jso zde vedle sebe prezentovány konkrétní obecný p ípd: x + x f(g(x)) g (x) nech = + x nech = g(x) ( ) ( d = x d ) = g (x) x + x = d f(g(x)) g (x) = f() d Poznámk. Pro výpo et = + c = ( + x ) + c f(g(x)) g (x) je vhodná sbstitce = g(x) g (x), to nám dává f() d Integrce je pk proveden s ohledem k prom nné, º poté se nvrátíme k p vodní prom nné x. p i skládání fnkcí f g se postpje tk, ºe výstp vnit ní fnkce g sloºí so sn jko vstp pro vn j²í fnkci f, coº vede k výsledk f(g(x)) Hndot 6 Mtemtik

Mth & Stts Je t eb zd rznit, ºe integrce pomocí sbstitce je n co jko m ní v²e dovednost se zlep²í s prxí. Krom toho, sbstitce, která n první pohled vypdá rozmn, nemsí vést nikm. Pokd np íkld zksíme nlézt + x, jko sbstitci poºijeme = + x, ocitli bychom se ve slepé li ce. B me tedy p iprveni vytrvt zko²et odli²né p ístpy. P íkld. P edpokládejme, ºe si p ejeme vypo ítt 4x x + P epsáním integrnd n 4x x + si v²imneme, ºe nbývá podoby f(g(x)) g (x), kde f() =, g(x) = x + g (x) = 4x. Sbstitce = g(x) = x + zm ní integrál n f() d Ten vypo teme získáme d = + c Nkonec poºitím = x + se vrátíme k p vodní prom nné x 4x x + = (x + ) + c nebo po úprv x + + c P íkld. sin( x) P edpokládejme, ºe chceme nlézt x. Uvºjme sbstitci = x. Potom = x = = x x tedy sin( x) = x sin() d z ehoº plyne sin() cos() + c = cos( x) + c Hndot 7 Mtemtik

Mth & Stts M ºeme tké provést následjící pozorování: integrnd m ºeme zpst ve tvr sin x x. Zpsáním f() = sin() g(x) = x potom pltí g (x) = x = Dále f(g(x)) = sin( x). Proto zpí²eme dný integrál jko sin( x) x, x = x. který odpovídá tvr f(g(x)) g (x) s fnkcemi f g zdnými vý²e. Stejn jko d íve, sbstitce = g(x) = x vytvo í integrál f() sin() d, ze kterého sin() cos() + c = cos( x) + c Cvi ení.. V kºdém p ípd m ºe být integrnd zpsán jko f(g(x)) g (x). Ur ete fnkce f g poºijte obecný výsledek ze strny 6 k výpo t integrál. () x e x 5 (b) x sin( x ) (c) cos(x) +sin(x).. V kºdém p ípd vypo ítejte integrál pomocí zdné sbstitce: () xe x, = x. (b) x sin(x ), = x. 5 (c) x x 0 4 +, = x 4 +.. V kºdém p ípd poºijte vhodno sbstitci k výpo t integrál. () (d) (g) 5x x (b) x(+ x) x x 4 +6 (e) cos(x) (5+sin(x)) 5x x (h) e cos(x) sin(x) Odpov di ke cvi ením Cvi ení.. () (c) (x ) 4 465 + c (b) = 90 4 5 5 (x ) 8 + c (d) 4. 6 (c) (f) (i) x 4 ( + x 5 ) 0 x x 4 + e sin(x) cos(x).. () cos(7x ) + c (b) ex + c (c),8 (d) ln 7x + 5 + c 7 7 Hndot 8 Mtemtik

Mth & Stts Cvi ení.. () f() = e, g(x) = x 5, e x 5 + c, (b) f() = sin(), g(x) = x, cos( x ) + c (c) f() =, g(x) = + sin(x), ln + sin(x) + c.. () e x +c (b) cos(x ) 4 + c (c) 60.. () 5 ( x ) + c (b) + x + c (c) 0 ( + x5 ) 4 + c (d) (x4 + 6) + c (e) + c (f) 0,0707 5+sin(x) (g) 0 9 ( x ) + c (h) e cos(x) + c (i) e sin(x) + c. Hndot 9 Mtemtik