Tilbake
3.1
Variabelskifte (substitusjon)

3.1 Variabelskifte (substitusjon)

Integrasjon ved å skifte variabel.

55 min
31 oppgaver
SubstitusjonVariabelskifteKjerneregel baklengs
Du leser den tradisjonelle versjonen
Din fremgang i kapitlet
0 / 31 oppgaver
Kapitlets plass i kurset

Variabelskifte - den reverserte kjerneregelen

Når vi deriverer samansette funksjonar, bruker vi kjerneregelen:
ddx[F(g(x))]=F(g(x))g(x)\frac{d}{dx}[F(g(x))] = F'(g(x)) \cdot g'(x)

Variabelskifte (òg kalla substitusjon) er den omvende prosessen. Vi bruker det når integranden inneheld ein funksjon og den deriverte hans.

Idéen: Viss vi ser f(g(x))g(x)dx\int f(g(x)) \cdot g'(x) \, dx, kan vi setje u=g(x)u = g(x) og forenkle integralet.

Dette er ein av dei viktigaste integrasjonsteknikkane, og du vil bruke han igjen og igjen i R2.

Substitusjon (variabelskifte)
Lat u=g(x)u = g(x) vere ein deriverbar funksjon. Då er du=g(x)dxdu = g'(x) \, dx.

Substitusjonsregelen:
f(g(x))g(x)dx=f(u)du\int f(g(x)) \cdot g'(x) \, dx = \int f(u) \, du

Etter integrering set vi tilbake u=g(x)u = g(x).

Merk: Notasjonen du=g(x)dxdu = g'(x) \, dx tyder at vi kan "byte ut" g(x)dxg'(x) \, dx med dudu.

✏️Eksempel 1: Grunnleggjande substitusjon

Finn 2xex2dx\int 2x \cdot e^{x^2} \, dx.

Steg 1: Vi ser at 2x2x er den deriverte av x2x^2.

Steg 2: Sett u=x2u = x^2, då er dudx=2x\displaystyle \frac{du}{dx} = 2x, altså du=2xdxdu = 2x \, dx.

Steg 3: Substitusjonen gir:
2xex2dx=eudu=eu+C\int 2x \cdot e^{x^2} \, dx = \int e^u \, du = e^u + C

Steg 4: Sett tilbake u=x2u = x^2:
2xex2dx=ex2+C\int 2x \cdot e^{x^2} \, dx = e^{x^2} + C

Kontroll: Vi deriverer svaret: ddx[ex2]=ex22x=2xex2\displaystyle \frac{d}{dx}[e^{x^2}] = e^{x^2} \cdot 2x = 2x \cdot e^{x^2} \checkmark

📝Oppgave 3.1

Finn 3x2ex3dx\int 3x^2 \cdot e^{x^3} \, dx ved substitusjon.

Korleis velje substitusjon?

Tommelfingerregel: Leit etter ein funksjon g(x)g(x) slik at den deriverte g(x)g'(x) (eller eit konstant multiplum av han) òg finst i integranden.

Typiske kandidatar for uu:
- Uttrykket inni ein parentes: (3x+2)5(3x + 2)^5 \rightarrow u=3x+2u = 3x + 2
- Eksponenten: e2xe^{2x} \rightarrow u=2xu = 2x
- Uttrykket under rotteiknet: x2+1\sqrt{x^2 + 1} \rightarrow u=x2+1u = x^2 + 1
- Argumentet til trigonometriske funksjonar: sin(3x)\sin(3x) \rightarrow u=3xu = 3x
- Nemnaren i ein brøk (viss teljaren liknar på den deriverte)

📜Substitusjon med lineære uttrykk
For lineære uttrykk u=ax+bu = ax + b får vi alltid du=adxdu = a \, dx, altså dx=1adu\displaystyle dx = \frac{1}{a} du.

Viktige formlar:
f(ax+b)dx=1aF(ax+b)+C\int f(ax + b) \, dx = \frac{1}{a} F(ax + b) + C

der FF er ein antiderivert til ff.

Eksempel:
- e3xdx=13e3x+C\displaystyle \int e^{3x} \, dx = \frac{1}{3} e^{3x} + C
- cos(2x)dx=12sin(2x)+C\displaystyle \int \cos(2x) \, dx = \frac{1}{2} \sin(2x) + C
- (5x+1)4dx=15(5x+1)55+C=(5x+1)525+C\displaystyle \int (5x + 1)^4 \, dx = \frac{1}{5} \cdot \frac{(5x + 1)^5}{5} + C = \frac{(5x + 1)^5}{25} + C

✏️Eksempel 2: Lineær substitusjon

Finn (2x5)7dx\int (2x - 5)^7 \, dx.

Steg 1: Sett u=2x5u = 2x - 5, då er du=2dxdu = 2 \, dx, altså dx=12du\displaystyle dx = \frac{1}{2} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
(2x5)7dx=u712du=12u7du\int (2x - 5)^7 \, dx = \int u^7 \cdot \frac{1}{2} \, du = \frac{1}{2} \int u^7 \, du

Steg 3: Integrer:
=12u88+C=u816+C= \frac{1}{2} \cdot \frac{u^8}{8} + C = \frac{u^8}{16} + C

Steg 4: Sett tilbake:
=(2x5)816+C= \frac{(2x - 5)^8}{16} + C

📝Oppgave 3.2

Finn (3x+4)5dx\int (3x + 4)^5 \, dx.

✏️Eksempel 3: Eksponentialfunksjon med lineært argument

Finn e4xdx\int e^{-4x} \, dx.

Steg 1: Sett u=4xu = -4x, då er du=4dxdu = -4 \, dx, altså dx=14du\displaystyle dx = -\frac{1}{4} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
e4xdx=eu(14)du=14eu+C\int e^{-4x} \, dx = \int e^u \cdot \left(-\frac{1}{4}\right) du = -\frac{1}{4} e^u + C

Steg 3: Sett tilbake:
=14e4x+C= -\frac{1}{4} e^{-4x} + C

📝Oppgave 3.3

Finn e5x+2dx\int e^{5x+2} \, dx.

✏️Eksempel 4: Trigonometrisk funksjon med lineært argument

Finn sin(3x+1)dx\int \sin(3x + 1) \, dx.

Steg 1: Sett u=3x+1u = 3x + 1, då er du=3dxdu = 3 \, dx, altså dx=13du\displaystyle dx = \frac{1}{3} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
sin(3x+1)dx=sin(u)13du=13sin(u)du\int \sin(3x + 1) \, dx = \int \sin(u) \cdot \frac{1}{3} \, du = \frac{1}{3} \int \sin(u) \, du

Steg 3: Integrer:
=13(cosu)+C=13cos(u)+C= \frac{1}{3} \cdot (-\cos u) + C = -\frac{1}{3} \cos(u) + C

Steg 4: Sett tilbake:
=13cos(3x+1)+C= -\frac{1}{3} \cos(3x + 1) + C

📝Oppgave 3.4

Finn cos(2x3)dx\int \cos(2x - 3) \, dx.

📝Oppgave 3.5

Finn 14x7dx\displaystyle \int \frac{1}{4x - 7} \, dx.

Substitusjon med potensar og røter

Når integranden inneheld uttrykk som (g(x))n(g(x))^n eller g(x)\sqrt{g(x)} saman med g(x)g'(x), er substitusjon u=g(x)u = g(x) ofte vegen å gå.

Viktig: Når vi har ein potens (g(x))n(g(x))^n, set vi u=g(x)u = g(x) (ikkje heile potensen).

✏️Eksempel 5: Potens av samansett funksjon

Finn x(x2+1)4dx\int x \cdot (x^2 + 1)^4 \, dx.

Steg 1: Sett u=x2+1u = x^2 + 1, då er dudx=2x\displaystyle \frac{du}{dx} = 2x, altså du=2xdxdu = 2x \, dx.

Vi har xdxx \, dx i integranden, så xdx=12du\displaystyle x \, dx = \frac{1}{2} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
x(x2+1)4dx=u412du=12u4du\int x \cdot (x^2 + 1)^4 \, dx = \int u^4 \cdot \frac{1}{2} \, du = \frac{1}{2} \int u^4 \, du

Steg 3: Integrer:
=12u55+C=u510+C= \frac{1}{2} \cdot \frac{u^5}{5} + C = \frac{u^5}{10} + C

Steg 4: Sett tilbake:
=(x2+1)510+C= \frac{(x^2 + 1)^5}{10} + C

📝Oppgave 3.6

Finn x2(x32)6dx\int x^2 \cdot (x^3 - 2)^6 \, dx.

✏️Eksempel 6: Integral med kvadratrot

Finn xx2+4dx\displaystyle \int \frac{x}{\sqrt{x^2 + 4}} \, dx.

Steg 1: Sett u=x2+4u = x^2 + 4, då er du=2xdxdu = 2x \, dx, altså xdx=12du\displaystyle x \, dx = \frac{1}{2} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
xx2+4dx=1u12du=12u1/2du\int \frac{x}{\sqrt{x^2 + 4}} \, dx = \int \frac{1}{\sqrt{u}} \cdot \frac{1}{2} \, du = \frac{1}{2} \int u^{-1/2} \, du

Steg 3: Integrer:
=12u1/21/2+C=u1/2+C=u+C= \frac{1}{2} \cdot \frac{u^{1/2}}{1/2} + C = u^{1/2} + C = \sqrt{u} + C

Steg 4: Sett tilbake:
=x2+4+C= \sqrt{x^2 + 4} + C

📝Oppgave 3.7

Finn x2x3+1dx\displaystyle \int \frac{x^2}{\sqrt{x^3 + 1}} \, dx.

✏️Eksempel 7: Kubikkrot

Finn x2x3+53dx\int x^2 \cdot \sqrt[3]{x^3 + 5} \, dx.

Steg 1: Sett u=x3+5u = x^3 + 5, då er du=3x2dxdu = 3x^2 \, dx, altså x2dx=13du\displaystyle x^2 \, dx = \frac{1}{3} du.

Steg 2: Skriv om kubikkrota: u3=u1/3\sqrt[3]{u} = u^{1/3}.

Steg 3: Substitusjonen gir:
x2x3+53dx=u1/313du=13u1/3du\int x^2 \cdot \sqrt[3]{x^3 + 5} \, dx = \int u^{1/3} \cdot \frac{1}{3} \, du = \frac{1}{3} \int u^{1/3} \, du

Steg 4: Integrer:
=13u4/34/3+C=1334u4/3+C=u4/34+C= \frac{1}{3} \cdot \frac{u^{4/3}}{4/3} + C = \frac{1}{3} \cdot \frac{3}{4} u^{4/3} + C = \frac{u^{4/3}}{4} + C

Steg 5: Sett tilbake:
=(x3+5)4/34+C= \frac{(x^3 + 5)^{4/3}}{4} + C

📝Oppgave 3.8

Finn xx23dx\int x \cdot \sqrt{x^2 - 3} \, dx.

Substitusjon med trigonometriske funksjonar

Trigonometriske integral krev ofte substitusjon. Hugs at:
- Den deriverte av sinx\sin x er cosx\cos x
- Den deriverte av cosx\cos x er sinx-\sin x
- Den deriverte av tanx\tan x er 1cos2x\displaystyle \frac{1}{\cos^2 x}

Når vi ser produkt av sinus og cosinus, er det ofte lurt å substituere med den eine av dei.

📜Nyttige trigonometriske integral
sin(ax)dx=1acos(ax)+C\int \sin(ax) \, dx = -\frac{1}{a} \cos(ax) + C

cos(ax)dx=1asin(ax)+C\int \cos(ax) \, dx = \frac{1}{a} \sin(ax) + C

1cos2(ax)dx=1atan(ax)+C\int \frac{1}{\cos^2(ax)} \, dx = \frac{1}{a} \tan(ax) + C

tan(ax)dx=1alncos(ax)+C\int \tan(ax) \, dx = -\frac{1}{a} \ln|\cos(ax)| + C

sinnxcosxdx=sinn+1xn+1+C\int \sin^n x \cdot \cos x \, dx = \frac{\sin^{n+1} x}{n+1} + C

cosnxsinxdx=cosn+1xn+1+C\int \cos^n x \cdot \sin x \, dx = -\frac{\cos^{n+1} x}{n+1} + C

✏️Eksempel 8: Sinus og cosinus

Finn sin3xcosxdx\int \sin^3 x \cdot \cos x \, dx.

Steg 1: Sett u=sinxu = \sin x, då er du=cosxdxdu = \cos x \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
sin3xcosxdx=u3du\int \sin^3 x \cdot \cos x \, dx = \int u^3 \, du

Steg 3: Integrer:
=u44+C= \frac{u^4}{4} + C

Steg 4: Sett tilbake:
=sin4x4+C= \frac{\sin^4 x}{4} + C

📝Oppgave 3.9

Finn cos4xsinxdx\int \cos^4 x \cdot \sin x \, dx.

✏️Eksempel 9: Tangens

Finn tanxdx\int \tan x \, dx.

Steg 1: Skriv om: tanx=sinxcosx\displaystyle \tan x = \frac{\sin x}{\cos x}.

Steg 2: Sett u=cosxu = \cos x, då er du=sinxdxdu = -\sin x \, dx, altså sinxdx=du\sin x \, dx = -du.

Steg 3: Substitusjonen gir:
tanxdx=sinxcosxdx=duu=lnu+C\int \tan x \, dx = \int \frac{\sin x}{\cos x} \, dx = \int \frac{-du}{u} = -\ln|u| + C

Steg 4: Sett tilbake:
=lncosx+C=lnsecx+C= -\ln|\cos x| + C = \ln|\sec x| + C

Merk: secx=1cosx\displaystyle \sec x = \frac{1}{\cos x}, så lnsecx=ln1cosx=lncosx\displaystyle \ln|\sec x| = \ln\frac{1}{|\cos x|} = -\ln|\cos x|.

📝Oppgave 3.10

Finn cosxsin2xdx\displaystyle \int \frac{\cos x}{\sin^2 x} \, dx.

✏️Eksempel 10: Cotangens

Finn cotxdx\int \cot x \, dx.

Steg 1: Skriv om: cotx=cosxsinx\displaystyle \cot x = \frac{\cos x}{\sin x}.

Steg 2: Sett u=sinxu = \sin x, då er du=cosxdxdu = \cos x \, dx.

Steg 3: Substitusjonen gir:
cotxdx=cosxsinxdx=duu=lnu+C\int \cot x \, dx = \int \frac{\cos x}{\sin x} \, dx = \int \frac{du}{u} = \ln|u| + C

Steg 4: Sett tilbake:
=lnsinx+C= \ln|\sin x| + C

📝Oppgave 3.11

Finn tan3x1cos2xdx\displaystyle \int \tan^3 x \cdot \frac{1}{\cos^2 x} \, dx.

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:
- (ex)=ex(e^x)' = e^x
- (eax)=aeax(e^{ax})' = a \cdot e^{ax}
- (ax)=axlna(a^x)' = a^x \cdot \ln a

✏️Eksempel 11: Eksponentialfunksjon i nemnar

Finn ex1+exdx\displaystyle \int \frac{e^x}{1 + e^x} \, dx.

Steg 1: Sett u=1+exu = 1 + e^x, då er du=exdxdu = e^x \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
ex1+exdx=duu=lnu+C\int \frac{e^x}{1 + e^x} \, dx = \int \frac{du}{u} = \ln|u| + C

Steg 3: Sett tilbake:
=ln1+ex+C=ln(1+ex)+C= \ln|1 + e^x| + C = \ln(1 + e^x) + C

(Vi kan droppe absoluttverdi sidan 1+ex>01 + e^x > 0 alltid.)

📝Oppgave 3.12

Finn e2x1+e2xdx\displaystyle \int \frac{e^{2x}}{1 + e^{2x}} \, dx.

✏️Eksempel 12: Samansett eksponentialfunksjon

Finn xex2dx\int x \cdot e^{x^2} \, dx.

Steg 1: Sett u=x2u = x^2, då er du=2xdxdu = 2x \, dx, altså xdx=12du\displaystyle x \, dx = \frac{1}{2} du.

Steg 2: Substitusjonen gir:
xex2dx=eu12du=12eu+C\int x \cdot e^{x^2} \, dx = \int e^u \cdot \frac{1}{2} \, du = \frac{1}{2} e^u + C

Steg 3: Sett tilbake:
=12ex2+C= \frac{1}{2} e^{x^2} + C

📝Oppgave 3.13

Finn x3ex4dx\int x^3 \cdot e^{x^4} \, dx.

✏️Eksempel 13: Eksponential med trigonometrisk argument

Finn esinxcosxdx\int e^{\sin x} \cdot \cos x \, dx.

Steg 1: Sett u=sinxu = \sin x, då er du=cosxdxdu = \cos x \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
esinxcosxdx=eudu=eu+C\int e^{\sin x} \cdot \cos x \, dx = \int e^u \, du = e^u + C

Steg 3: Sett tilbake:
=esinx+C= e^{\sin x} + C

📝Oppgave 3.14

Finn ecosxsinxdx\int e^{\cos x} \cdot \sin x \, dx.

Substitusjon med logaritmar

Logaritmiske funksjonar har derivert 1x\displaystyle \frac{1}{x}, noko som gjer dei eigna for substitusjon når vi ser 1x\displaystyle \frac{1}{x} eller f(x)f(x)\displaystyle \frac{f'(x)}{f(x)} i integranden.

Viktig samanheng:
f(x)f(x)dx=lnf(x)+C\int \frac{f'(x)}{f(x)} \, dx = \ln|f(x)| + C

✏️Eksempel 14: Integral med ln x

Finn lnxxdx\displaystyle \int \frac{\ln x}{x} \, dx.

Steg 1: Sett u=lnxu = \ln x, då er du=1xdx\displaystyle du = \frac{1}{x} \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
lnxxdx=udu=u22+C\int \frac{\ln x}{x} \, dx = \int u \, du = \frac{u^2}{2} + C

Steg 3: Sett tilbake:
=(lnx)22+C= \frac{(\ln x)^2}{2} + C

📝Oppgave 3.15

Finn (lnx)3xdx\displaystyle \int \frac{(\ln x)^3}{x} \, dx.

✏️Eksempel 15: Dobbel logaritme

Finn 1xlnxdx\displaystyle \int \frac{1}{x \ln x} \, dx.

Steg 1: Sett u=lnxu = \ln x, då er du=1xdx\displaystyle du = \frac{1}{x} \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
1xlnxdx=1x1lnxdx=duu=lnu+C\int \frac{1}{x \ln x} \, dx = \int \frac{1}{x} \cdot \frac{1}{\ln x} \, dx = \int \frac{du}{u} = \ln|u| + C

Steg 3: Sett tilbake:
=lnlnx+C= \ln|\ln x| + C

📝Oppgave 3.16

Finn ln(lnx)xlnxdx\displaystyle \int \frac{\ln(\ln x)}{x \ln x} \, dx.

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 uu-verdiar og rekn direkte

Metode 2 er ofte meir effektiv og ryddigare!

📜Substitusjon i bestemte integral
Når vi gjer substitusjon u=g(x)u = g(x) i eit bestemt integral, må vi òg byte grensene:

abf(g(x))g(x)dx=g(a)g(b)f(u)du\int_a^b f(g(x)) \cdot g'(x) \, dx = \int_{g(a)}^{g(b)} f(u) \, du

Viktig: Når vi bruker nye grenser, treng vi ikkje setje tilbake til xx.

Framgangsmåte:
1. Finn substitusjonen u=g(x)u = g(x)
2. Rekn ut nye grenser: nedre grense blir g(a)g(a), øvre grense blir g(b)g(b)
3. Byt ut integranden og grensene
4. Integrer og evaluer direkte

✏️Eksempel 16: Bestemt integral med grensebyte

Rekn ut 012x(x2+1)3dx\int_0^1 2x \cdot (x^2 + 1)^3 \, dx.

Steg 1: Sett u=x2+1u = x^2 + 1, då er du=2xdxdu = 2x \, dx.

Steg 2: Byt grensene:
- Når x=0x = 0: u=02+1=1u = 0^2 + 1 = 1
- Når x=1x = 1: u=12+1=2u = 1^2 + 1 = 2

Steg 3: Substitusjonen gir:
012x(x2+1)3dx=12u3du\int_0^1 2x \cdot (x^2 + 1)^3 \, dx = \int_1^2 u^3 \, du

Steg 4: Rekn ut:
=[u44]12=244144=16414=154= \left[\frac{u^4}{4}\right]_1^2 = \frac{2^4}{4} - \frac{1^4}{4} = \frac{16}{4} - \frac{1}{4} = \frac{15}{4}

📝Oppgave 3.17

Rekn ut 02x(x2+1)2dx\int_0^2 x \cdot (x^2 + 1)^2 \, dx ved å byte grenser.

✏️Eksempel 17: Trigonometrisk bestemt integral

Rekn ut 0π/2sin2xcosxdx\int_0^{\pi/2} \sin^2 x \cdot \cos x \, dx.

Steg 1: Sett u=sinxu = \sin x, då er du=cosxdxdu = \cos x \, dx.

Steg 2: Byt grensene:
- Når x=0x = 0: u=sin0=0u = \sin 0 = 0
- Når x=π/2x = \pi/2: u=sin(π/2)=1u = \sin(\pi/2) = 1

Steg 3: Substitusjonen gir:
0π/2sin2xcosxdx=01u2du\int_0^{\pi/2} \sin^2 x \cdot \cos x \, dx = \int_0^1 u^2 \, du

Steg 4: Rekn ut:
=[u33]01=130=13= \left[\frac{u^3}{3}\right]_0^1 = \frac{1}{3} - 0 = \frac{1}{3}

📝Oppgave 3.18

Rekn ut 0π/4tanx1cos2xdx\displaystyle \int_0^{\pi/4} \tan x \cdot \frac{1}{\cos^2 x} \, dx.

✏️Eksempel 18: Eksponentiell bestemt integral

Rekn ut 0ln2exex+1dx\int_0^{\ln 2} e^x \cdot \sqrt{e^x + 1} \, dx.

Steg 1: Sett u=ex+1u = e^x + 1, då er du=exdxdu = e^x \, dx.

Steg 2: Byt grensene:
- Når x=0x = 0: u=e0+1=2u = e^0 + 1 = 2
- Når x=ln2x = \ln 2: u=eln2+1=2+1=3u = e^{\ln 2} + 1 = 2 + 1 = 3

Steg 3: Substitusjonen gir:
0ln2exex+1dx=23udu=23u1/2du\int_0^{\ln 2} e^x \cdot \sqrt{e^x + 1} \, dx = \int_2^3 \sqrt{u} \, du = \int_2^3 u^{1/2} \, du

Steg 4: Rekn ut:
=[2u3/23]23=23(33/223/2)=23(3322)= \left[\frac{2u^{3/2}}{3}\right]_2^3 = \frac{2}{3}\left(3^{3/2} - 2^{3/2}\right) = \frac{2}{3}\left(3\sqrt{3} - 2\sqrt{2}\right)

📝Oppgave 3.19

Rekn ut 01ex(ex+1)2dx\displaystyle \int_0^1 \frac{e^x}{(e^x + 1)^2} \, dx.

✏️Eksempel 19: Logaritmisk bestemt integral

Rekn ut 1e(lnx)2xdx\displaystyle \int_1^e \frac{(\ln x)^2}{x} \, dx.

Steg 1: Sett u=lnxu = \ln x, då er du=1xdx\displaystyle du = \frac{1}{x} \, dx.

Steg 2: Byt grensene:
- Når x=1x = 1: u=ln1=0u = \ln 1 = 0
- Når x=ex = e: u=lne=1u = \ln e = 1

Steg 3: Substitusjonen gir:
1e(lnx)2xdx=01u2du\int_1^e \frac{(\ln x)^2}{x} \, dx = \int_0^1 u^2 \, du

Steg 4: Rekn ut:
=[u33]01=130=13= \left[\frac{u^3}{3}\right]_0^1 = \frac{1}{3} - 0 = \frac{1}{3}

📝Oppgave 3.20

Rekn ut 1e2lnxxdx\displaystyle \int_1^{e^2} \frac{\ln x}{x} \, dx.

Oppsummering

Framgangsmåte for substitusjon:
1. Identifiser ein eigna substitusjon u=g(x)u = g(x)
2. Rekn ut du=g(x)dxdu = g'(x) \, dx
3. Uttrykk dxdx ved hjelp av dudu
4. Erstatt alle xx-uttrykk med uu-uttrykk
5. Integrer med omsyn på uu
6. Sett tilbake u=g(x)u = g(x) (ubestemt) eller byt grenser (bestemt)

Tips for å velje uu:
- 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

Utfordringsoppgåver

Desse oppgåvene krev litt meir kreativitet i val av substitusjon.

📝Oppgave 3.21

Finn x1x2dx\displaystyle \int \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx.

📝Oppgave 3.22

Finn exxdx\displaystyle \int \frac{e^{\sqrt{x}}}{\sqrt{x}} \, dx.

📝Oppgave 3.23

Finn sin(lnx)xdx\displaystyle \int \frac{\sin(\ln x)}{x} \, dx.

📝Oppgave 3.24

Rekn ut 0π/2cos3xsinxdx\int_0^{\pi/2} \cos^3 x \cdot \sin x \, dx.

📝Oppgave 3.25

Finn x2(x3+1)4dx\displaystyle \int \frac{x^2}{(x^3 + 1)^4} \, dx.

✏️Eksempel 20: Kompleks substitusjon

Finn exexex+exdx\displaystyle \int \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}} \, dx.

Observasjon: Teljaren er den deriverte av nemnaren!

(ex+ex)=exex(e^x + e^{-x})' = e^x - e^{-x}

Steg 1: Sett u=ex+exu = e^x + e^{-x}, då er du=(exex)dxdu = (e^x - e^{-x}) \, dx.

Steg 2: Substitusjonen gir:
exexex+exdx=duu=lnu+C\int \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}} \, dx = \int \frac{du}{u} = \ln|u| + C

Steg 3: Sett tilbake:
=ln(ex+ex)+C= \ln(e^x + e^{-x}) + C

(Vi droppar absoluttverdi sidan ex+ex>0e^x + e^{-x} > 0 alltid.)

Merk: exexex+ex=tanhx\displaystyle \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}} = \tanh x (hyperbolsk tangens), så vi har vist at tanhxdx=ln(coshx)+C\int \tanh x \, dx = \ln(\cosh x) + C.

📝Oppgave 3.26

Finn ex+exexexdx\displaystyle \int \frac{e^x + e^{-x}}{e^x - e^{-x}} \, dx for x>0x > 0.

Repetisjonsoppgåver
Din fremgang
0deloppgaver0 / 5 oppgaver

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.