Integrasjon ved å skifte variabel.
Variabelskifte - den reverserte kjerneregelen
Når vi deriverer samansette funksjonar, bruker vi kjerneregelen:
Variabelskifte (òg kalla substitusjon) er den omvende prosessen. Vi bruker det når integranden inneheld ein funksjon og den deriverte hans.
Idéen: Viss vi ser , kan vi setje og forenkle integralet.
Dette er ein av dei viktigaste integrasjonsteknikkane, og du vil bruke han igjen og igjen i R2.
Substitusjonsregelen:
Etter integrering set vi tilbake .
Merk: Notasjonen tyder at vi kan "byte ut" med .
Finn .
Steg 2: Sett , då er , altså .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake :
Kontroll: Vi deriverer svaret: \checkmark
Finn ved substitusjon.
Korleis velje substitusjon?
Tommelfingerregel: Leit etter ein funksjon slik at den deriverte (eller eit konstant multiplum av han) òg finst i integranden.
Typiske kandidatar for :
- Uttrykket inni ein parentes:
- Eksponenten:
- Uttrykket under rotteiknet:
- Argumentet til trigonometriske funksjonar:
- Nemnaren i ein brøk (viss teljaren liknar på den deriverte)
1. Identifiser den "indre funksjonen"
2. Sjekk om (eller eit konstant multiplum) finst i integranden
3. Sett og finn
4. Erstatt alle -uttrykk med -uttrykk
5. Integrer, og sett tilbake
Viktige formlar:
der er ein antiderivert til .
Eksempel:
-
-
-
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Substitusjon med potensar og røter
Når integranden inneheld uttrykk som eller saman med , er substitusjon ofte vegen å gå.
Viktig: Når vi har ein potens , set vi (ikkje heile potensen).
Finn .
Vi har i integranden, så .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Skriv om kubikkrota: .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Integrer:
Steg 5: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med trigonometriske funksjonar
Trigonometriske integral krev ofte substitusjon. Hugs at:
- Den deriverte av er
- Den deriverte av er
- Den deriverte av er
Når vi ser produkt av sinus og cosinus, er det ofte lurt å substituere med den eine av dei.
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Sett , då er , altså .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake:
Merk: , så .
Finn .
Finn .
Steg 2: Sett , då er .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med eksponentialfunksjonar
Eksponentialfunksjonar har den spesielle eigenskapen at dei er sin eigen deriverte (med ein konstant faktor). Dette gjer dei ofte enkle å handtere med substitusjon.
Viktige samanhengar:
-
-
-
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
(Vi kan droppe absoluttverdi sidan alltid.)
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med logaritmar
Logaritmiske funksjonar har derivert , noko som gjer dei eigna for substitusjon når vi ser eller i integranden.
Viktig samanheng:
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Bestemt integral med substitusjon
Ved bestemte integral har vi to moglegheiter:
1. Finn det ubestemte integralet, sett tilbake, og bruk dei opphavlege grensene
2. Byt grensene til -verdiar og rekn direkte
Metode 2 er ofte meir effektiv og ryddigare!
Viktig: Når vi bruker nye grenser, treng vi ikkje setje tilbake til .
Framgangsmåte:
1. Finn substitusjonen
2. Rekn ut nye grenser: nedre grense blir , øvre grense blir
3. Byt ut integranden og grensene
4. Integrer og evaluer direkte
Rekn ut .
Steg 2: Byt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Rekn ut:
Rekn ut ved å byte grenser.
Rekn ut .
Steg 2: Byt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Rekn ut:
Rekn ut .
Rekn ut .
Steg 2: Byt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Rekn ut:
Rekn ut .
Rekn ut .
Steg 2: Byt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Rekn ut:
Rekn ut .
Oppsummering
Framgangsmåte for substitusjon:
1. Identifiser ein eigna substitusjon
2. Rekn ut
3. Uttrykk ved hjelp av
4. Erstatt alle -uttrykk med -uttrykk
5. Integrer med omsyn på
6. Sett tilbake (ubestemt) eller byt grenser (bestemt)
Tips for å velje :
- Leit etter "funksjon og den deriverte"
- Uttrykk i parentesar, under rotteikn, eller som eksponent
- Nemnaren i ein brøk (viss teljaren er den deriverte)
- Den "indre funksjonen" i samansette funksjonar
1. Gløymer å byte : Når du set , må du òg erstatte med .
2. Gløymer å setje tilbake: Etter integrering må du erstatte med igjen.
3. Feil grenser: Ved bestemte integral: Anten byt grensene til -verdiar, ELLER sett tilbake og bruk dei opphavlege grensene. Ikkje bland!
4. Ufullstendig substitusjon: Alle -ar må forsvinne for at substitusjonen skal vere gyldig.
5. Feil forteikn: Ver spesielt merksam når er negativ (t.d. gir ).
Substitusjon fungerer best når integranden inneheld "funksjon og den deriverte". Viss dette mønsteret ikkje er til stades, må du kanskje bruke andre teknikkar:
- Delvis integrasjon (kapittel 3.2)
- Delbrøkoppspalting (kapittel 3.3)
- Trigonometriske identitetar
Øving gjer meister - etter kvart vil du "sjå" kva substitusjon som passar!
Utfordringsoppgåver
Desse oppgåvene krev litt meir kreativitet i val av substitusjon.
Finn .
Finn .
Finn .
Rekn ut .
Finn .
Finn .
Steg 1: Sett , då er .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
(Vi droppar absoluttverdi sidan alltid.)
Merk: (hyperbolsk tangens), så vi har vist at .
Finn for .
Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.
