Integrasjon ved å skifte variabel.
Variabelskifte - den reverserte kjerneregelen
Når vi deriverer sammensatte funksjoner, bruker vi kjerneregelen:
Variabelskifte (også kalt substitusjon) er den omvendte prosessen. Vi bruker det når integranden inneholder en funksjon og dens deriverte.
Ideen: Hvis vi ser , kan vi sette og forenkle integralet.
Dette er en av de viktigste integrasjonsteknikene, og du vil bruke den igjen og igjen i R2.
Substitusjonsregelen:
Etter integrering setter vi tilbake .
Merk: Notasjonen betyr at vi kan "bytte ut" med .
Finn .
Steg 2: Sett , da er , altså .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake :
Kontroll: Vi deriverer svaret: \checkmark
Finn ved substitusjon.
Hvordan velge substitusjon?
Tommelfingerregel: Let etter en funksjon slik at den deriverte (eller en konstant multipel av den) også finnes i integranden.
Typiske kandidater for :
- Uttrykket inni en parentes:
- Eksponenten:
- Uttrykket under rottegnet:
- Argumentet til trigonometriske funksjoner:
- Nevneren i en brok (hvis telleren ligner på den deriverte)
1. Identifiser den "indre funksjonen"
2. Sjekk om (eller en konstant multipel) finnes i integranden
3. Sett og finn
4. Erstatt alle -uttrykk med -uttrykk
5. Integrer, og sett tilbake
Viktige formler:
der er en antiderivert til .
Eksempler:
-
-
-
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 potenser og røtter
Når integranden inneholder uttrykk som eller sammen med , er substitusjon ofte veien å gå.
Viktig: Nar vi har en potens , setter vi (ikke hele 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 kubikkroten: .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Integrer:
Steg 5: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med trigonometriske funksjoner
Trigonometriske integraler krever ofte substitusjon. Husk at:
- Den deriverte av er
- Den deriverte av er
- Den deriverte av er
Når vi ser produkter av sinus og cosinus, er det ofte lurt å substituere med den ene av dem.
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Integrer:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Sett , da er , altså .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake:
Merk: , så .
Finn .
Finn .
Steg 2: Sett , da er .
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med eksponentialfunksjoner
Eksponentialfunksjoner har den spesielle egenskapen at de er sin egen deriverte (med en konstant faktor). Dette gjør dem ofte enkle å håndtere med substitusjon.
Viktige sammenhenger:
-
-
-
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
(Vi kan droppe absoluttverdi siden alltid.)
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Finn .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
Finn .
Substitusjon med logaritmer
Logaritmiske funksjoner har derivert , noe som gjør dem egnet for substitusjon når vi ser eller i integranden.
Viktig sammenheng:
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 integraler har vi to muligheter:
1. Finn den ubestemte integralen, sett tilbake, og bruk de opprinnelige grensene
2. Bytt grensene til -verdier og regn direkte
Metode 2 er ofte mer effektiv og ryddigere!
Viktig: Når vi bruker nye grenser, trenger vi ikke sette tilbake til .
Fremgangsmåte:
1. Finn substitusjonen
2. Beregn nye grenser: nedre grense blir , ovre grense blir
3. Bytt ut integranden og grensene
4. Integrer og evaluer direkte
Beregn .
Steg 2: Bytt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Regn ut:
Beregn ved å bytte grenser.
Beregn .
Steg 2: Bytt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Regn ut:
Beregn .
Beregn .
Steg 2: Bytt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Regn ut:
Beregn .
Beregn .
Steg 2: Bytt grensene:
- Når :
- Når :
Steg 3: Substitusjonen gir:
Steg 4: Regn ut:
Beregn .
Oppsummering
Fremgangsmåte for substitusjon:
1. Identifiser en egnet substitusjon
2. Beregn
3. Uttrykk ved hjelp av
4. Erstatt alle -uttrykk med -uttrykk
5. Integrer med hensyn på
6. Sett tilbake (ubestemt) eller bytt grenser (bestemt)
Tips for å velge :
- Let etter "funksjon og dens deriverte"
- Uttrykk i parenteser, under rottegn, eller som eksponent
- Nevneren i en brok (hvis telleren er dens deriverte)
- Den "indre funksjonen" i sammensatte funksjoner
1. Glemmer å bytte : Når du setter , må du også erstatte med .
2. Glemmer å sette tilbake: Etter integrering må du erstatte med igjen.
3. Feil grenser: Ved bestemte integraler: Enten bytt grensene til -verdier, ELLER sett tilbake og bruk de opprinnelige grensene. Ikke bland!
4. Ufullstendig substitusjon: Alle -er må forsvinne for at substitusjonen skal være gyldig.
5. Feil fortegn: Vår spesielt oppmerksom når er negativ (f.eks. gir ).
Substitusjon fungerer best når integranden inneholder "funksjon og dens deriverte". Hvis dette monsteret ikke er tilstede, må du kanskje bruke andre teknikker:
- Delvis integrasjon (kapittel 3.2)
- Delbroksoppspaltning (kapittel 3.3)
- Trigonometriske identiteter
Oving gjør mester - etter hvert vil du "se" hvilken substitusjon som passer!
Utfordringsoppgaver
Disse oppgavene krever litt mer kreativitet i valg av substitusjon.
Finn .
Finn .
Finn .
Beregn .
Finn .
Finn .
Steg 1: Sett , da er .
Steg 2: Substitusjonen gir:
Steg 3: Sett tilbake:
(Vi dropper absoluttverdi siden 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.
